Экспериментальное исследование генерации и устойчивости тепловых концентрированных вихрей

• Автор: Горбачев, Максим Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Физическое моделирование концентрированных вихрей
1.2 Математическое моделирование концентрированных вихрей
1.3 Аналитические модели концентрированных вихрей
1.4 Выводы по главе
2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Тепловые режимы
2.3 Средства измерений
2.4 Метод измерения полей скорости
2.5 Частицы-трассеры
2.6 Выводы по главе
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОБОДНЫХ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ВИХРЕЙ
3.1 Условия генерации
3.1.1 Распределение температуры на подстилающей поверхности
3.1.2 Распределение температуры воздуха
3.1.3 Распределение скорости в восходящем потоке воздуха
3.1.4 Оценка погрешностей измерений
3.1.5 Обобщение данных (числа Рэлея)
3.2 Интегральные параметры вихревых структур
3.3 Динамика вихревых структур
3.4 Следы вихревых структур

3.5 Визуализация воронки вихря
3.6 Поля мгновенных скоростей
3.7 Параметр закрутки
3.8 Число Россби
3.9 Выводы по главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВОБОДНЫХ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ВИХРЕЙ С СЕТОЧНЫМИ ПРЕГРАДАМИ
4.1 Методы борьбы с атмосферными вихрями
4.2 Постановка эксперимента
4.3 Результаты эксперимента
4.3.1 Взаимодействие вихрей с вертикальными сетками
4.3.2 Взаимодействие вихрей с мелкими вертикальными сетками
4.3.3 Взаимодействие вихрей с горизонтальными сетками
4.3.4 Сравнительный анализ эффективности сеток
4.4 Новый пассивно-активный метод борьбы со смерчами
4.5 Верификация метода
4.6 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Вихревое движение - одно из основных состояний движущейся сплошной среды. Важнейшим понятием в динамике жидкости в случае вихревого движения является завихренность. Если описывать движение жидкости векторным полем скорости £/(?,?), то завихренность представляет собой векторную величину и определяется как
а-гоШ (1)
Примечательно, что во многих случаях завихренность локализуется в пространстве, вследствие чего формируются концентрированные вихри, которые привлекают повышенный интерес с точки зрения, как фундаментальных исследований, так и практики. В литературе не дается строгого определения концентрированных вихрей, как, впрочем, и вообще понятия вихря. Достаточно четкое определение концентрированного вихря можно дать для случая идеальной жидкости: это локализованная в пространстве область с ненулевой
завихренностью, окруженная потенциальным течением (<3 = 0). Но таким определением, конечно, не исчерпывается наблюдаемое множество вихревых явлений.
Наиболее яркими классическими примерами концентрированных вихрей служат следующие идеализированные объекты: вихревая пелена, бесконечно тонкая вихревая нить и её двумерный аналог - точечный вихрь, бесконечно тонкое вихревое кольцо конечного диаметра - замкнутая вихревая нить, вортон. Более сложные объекты - колоннообразный вихрь типа вихря Рэнкина (постоянная завихренность в ядре конечного радиуса), телесное вихревое кольцо, вихрь Хилла, вихрь Хикса - имеют ненулевой объем в области, где завихренность отлична от нуля. Еще боле сложный случай, когда завихренность отлична от нуля во всем пространстве. Но при этом выделяется ядро вихря, где завихренность существенно больше, чем в окружающей среде. Это характерно для вязких течений, когда происходит диффузия завихренности. Типичный пример - вихрь Бюргерса.
В природе и технике реализуется множество вихревых движений, которые можно интерпретировать как концентрированные вихри с той или иной степенью приближенности к указанным выше идеализированным объектам.
Примерами технических устройств, в которых используются вихревые потоки, являются циклонные сепараторы, вихревые трубы, центробежные форсунки, вихревые топочные камеры и горелки [1], различные турбулизаторы и многое другое. Так, в вихревом расходомере именно по частоте прецессии концентрированного вихря в закрученном потоке определяют расход жидкости. Возникновение прецессирующего вихревого жгута за рабочим колесом гидротурбины вызывает интенсивные пульсации давления, что может привести к

Термоанемометр. Модель Testo
Таблица 4. Технические характеристики термоанемометра модели Testo
Рабочая температура 0.. .+50 °С
Зонд NTC
Диапазон измерений -20...+50 °С
Погрешность ±0,5 °С
Разрешение 0,1 °С
Термозонд
Диапазон измерений 0,01...5 м/с (0...+50 °С)
Погрешность ±(0,01 м/с + 5% от изм. знач.) (0,01...+2 м/с) ±(0,03 м/с + 5% от изм. знач.) (в ост. диапазоне)
Разрешение 0,01 м/с
3. Видеокамера

«4^

і VJ
LENS 4-pin '~

Задняя панель

Рис.10. Габаритные размеры видеокамеры VCC-6572P
Отличительные особенности видеокамеры VCC-6572P:
• 1/3" ПЗС матрица со строчным переносом, приблизительно 470 ООО элементов
• Встроенный процессор цифровой обработки сигнала (DSP)
• Горизонтальное разрешение более 520 ТВJI
• Высокая чувствительность - 1,0 лк при объективе с F1.
• Два метода компенсации засветки (многозональная фотометрия или фотометрия в центральной зоне)
• Отсутствие пятен, антиблюминг, низкая инерционность, отсутствие геометрических искажений, твердотельный преобразователь свет - сигнал
• Внутренняя синхронизация / внешняя синхронизация (КГИ), автоматическое переключение
• Полностью твердотельные компоненты гарантируют виброустойчивость и устойчивость к удару
• Отсутствие интерференции с магнитным и электростатическим полем
• Выход S - Video
• Напряжение питания 12 В постоянного тока