Вихревая структура закрученных потоков, отрывных течений и следов

• Автор: Куйбин, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 262 с. : ил.

РОССИЙСКАЯ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ
БИБЛИОгЯКА
ГЛАВА I. ВИНТОВАЯ ВИХРЕВАЯ НИТЬ >
1.1. Уравнения гидродинамики течений с винтовой симметрией
1.2. Гидродинамика течений с винтовыми вихревыми линиями
1.3. Поле скорости, индуцированное винтовой вихревой нитью
ГЛАВА II. РАЗВИТИЕ МОДЕЛЕЙ ВИХРЕВЫХ СТРУКТУР
2.1. Винтовая вихревая пелена
2.2. Колоннообразные винтовые вихри
2.3.Колоннообразный вихрь с винтообразными вихревыми линиями, движущийся вдоль плоскости
2.4. Винтовой вихрь с ядром конечного размера
2.5. Структура поля завихренности в сферическом вихре Хикса
ГЛАВА 131. МЕТОД ДИСКРЕТНЫХ ВИХРЕВЫХ ЧАСТИЦ
3.1. МДВЧ для плоских течений в ограниченных односвязных областях
3.2. МДВЧ для осесимметричных течений без закрутки
ГЛАВА IV. СТРУКТУРА И НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ДВУМЕРНЫХ СДВИГОВЫХ ТЕЧЕНИЙ
4.1. Формирование разгонного вихря
4.2. Неустойчивость разгонного вихря
4.3. Неустойчивость следа за тонкой пластиной
ГЛАВА V. ОПИСАНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВИХРЕВЫХ СТРУКТУР В ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКАХ
5.1. Параметры закрученного потока
5.2. Винтовая симметрия вихревых течений
5.3. Вихри с прямолинейной осью
5.4. Стационарные вихри винтовой формы
5.5. Прецессия вихревого ядра
5.6. О влиянии вихревой структуры течения на горение в закрученном потоке и энергоразделение в вихревой трубке Ранка
5.6.1. Форма пламени в закрученном потоке
5.6.2. Учет структуры течения в эффекте Ранка
ГЛАВА VI. ДВИЖЕНИЕ ВИХРЕЙ В ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТРУБАХ
6.1. Уравнения движения вихревых частиц в круговой области
6.2. Прецессия прямолинейного вихря в трубе
6.3. Движение винтовых вихрей в трубе
6.3.1. Самоиндуцированное движение винтового вихря
6.3.2. Движение винтового вихря в трубе
6.3.3. Частота прецессии винтового вихря в трубе
6.3.4. Движение системы соосных винтовых вихрей в трубе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ I
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ЛИТЕРАТУРА

Исследование вихревой структуры течений и, в частности, крупномасштабных энергонесущих вихрей, составляет значительную часть современной гидро- и аэромеханики. Вихревые структуры вносят существенный вклад в процессы переноса и могут служить источником шума. Вихри образуются в результате развития неустойчивости в сдвиговых течениях и при отрывном обтекании тел. Отрыв, по сути, - явление нестационарное. Вопросы зарождения, развития, неустойчивости и формирования вторичных вихревых структур в отрывных течениях и следах требуют развития новых подходов моделирования. Особо важно знать вихревую структуру потока при создании и эксплуатации технических устройств, использующих закрутку потока. С целью интенсификации процессов вихревые аппараты эксплуатируются на режимах с повышенной закруткой потока. При этом течение оказывается существенно трехмерным и, как правило, нестационарным. Структура таких течений, особенно с теоретической точки зрения, изучена недостаточно. Наконец, заметим, что создание новых и развитие существующих моделей вихревых структур актуальны в связи с развитием вихревой концепции в теории турбулентности.
На современном этапе исследований закрученных потоков стало ясно, что основную роль в них играют трехмерные вихревые структуры винтовой формы (см. обзор [С.В. Алексеенко, В.Л. Окулов, 1996]). В то же время до сих пор в огромном потоке публикаций преобладают работы, игнорирующие новые представления о сложной пространственной структуре сильнозакрученных потоков. Хотя для улучшения эффективности вихревых аппаратов увеличивают закрутку потока (при этом течение становится существенно не осесимметричным), в основной массе публикаций их продолжают рассматривать с позиций устаревших представлений. В создании расчетных методов здесь преобладают упрощенные осесимметричные модели, игнорирующие пространственную структуру реального течения. Многие экспериментальные исследования все еще ограничиваются лишь измерением осредненных характеристик потока, по которым невозможно
оси (рис. 1.8в) линии тока за исключением ближайших к вихревой нити имеют сложную структуру. Наоборот, при и0 = 1 (рис. 1.8г) в центре трубы линии тока слабо искривлены. Более четко отличия в структуре течения видны при малом шаге винта (А = 0,5). Так, при я = 0,5 и и0 = 0 (рис. 1.8д) поток вблизи стенок направлен вниз и слабо закручен. Во внутренней области винтовой спирали движение слабое. Обращает на себя внимание линия тока, проходящая вблизи оси трубы, которая направлена по диаметру, обвивает вихревую нить и снова проходит по диаметру, смещенному на полпериода. В противоположном случае, при и0 = 1, в центре трубы реализуется вертикальный восходящий поток, а на периферии - спиральное движение (рис. 1.8е).
Рассмотрим, наконец, отличие течения, индуцированного правовинтовой и левовинтовой вихревыми нитями (см. рис. 1.9). Возьмем для примера течения с одинаковым расходом О. Интегрируя осевую скорость (1.23) по сечению трубы, получаем в размерных величинах

т(я2-«2)
(1.37)
Рис. 1.9. Сопоставление течений индуцированных правовинтовой (а) и левовинтовой (б) вихревыми нитями в цилиндрической трубе