Пограничный слой на осесимметричных телах и каналах при их осевом вращении

• Автор: Куркин, Евгений Игоревич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 194 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ НА ВРАЩАЮЩИХСЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ТЕЛАХ
1.1 Ламинарный режим течения
1Л Л Точные аналитические решения
1Л .2 Приближенные решения уравнений ламинарного
пограничного слоя методами разложения в ряды
1Л .3 Интегральные методы решения уравнений ламинарного
пограничного слоя
1Л .4 Численные методы решения уравнений ламинарного пограничного слоя
1.2 Турбулентный режим течения
1.2.1 Интегральные методы для турбулентного пограничного слоя
1.2.2 Алгебраические модели турбулентности
1.2.3 Модели турбулентности, описываемые дифференциальными уравнениями
1.3 Экспериментальные исследования пограничного слоя
1.3.1 Исследования вращающегося диска
1.3.2 Исследования вращающихся конусов и сфер
1.3.3 Исследования вращающегося цилиндра
1.3.4 Исследования пограничного слоя на вращающихся осесимметричных телах сложной формы
1.3.5 Исследования закрученного потока
в каналах и диффузорах
1.4 Цели и задачи исследования

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
2Л Система координат на вращающихся
осесимметричных телах
2.2 Уравнения пограничного слоя
2.3 Вычисление коэффициента турбулентной вязкости
2.4 Приведение уравнений пограничного слоя к
безразмерному виду
2.5 Конечно-разностный вид дифференциальных уравнений
осесимметричного пограничного слоя
2.6 Линеаризация конечно-разностных
уравнений по Ньютону
2.7 Матричный вид уравнений пограничного слоя
2.8 Решение уравнений пограничного слоя методом
матричной прогонки
2.9 Начальные профили
2.10 Определение скорости потока на внешней границе
пограничного слоя для внутренней задачи
3 ПРОГРАММА УЕИТЕЬ - РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ
ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ В СИСТЕМЕ
МАТЬАВ
3.1 Алгоритм программы УеЧе
3.2 Интерфейс программы Уег1е
3.3 Настройка алгоритма
3.4 Расчет пограничного слоя при внешнем обтекании
осесимметричных тел
3.5 Использование к-е модели турбулентности
3.6 Течение в осесимметричных каналах

4 РАСЧЕТ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ НА ВРАЩАЮЩИХСЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ТЕЛАХ И КАНАЛАХ
4.1 Осевое обтекание полутела вращения
4.2 Обтекание вращающегося шара
4.3 Течение внутри вращающегося конического диффузора..
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТОКА В КОНИЧЕСКОМ ДИФФУЗОРЕ С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ СТЕНКОЙ И НА ЕГО ВЫХОДЕ
5.1 Общее описание экспериментального стенда
5.2 Модели диффузоров
5.3 Установка вращения диффузора
5.4 Привод вращения установки
5.5 Методика эксперимента
5.6 Обработка изображений PIV метода
5.7 Течение в диффузоре с углом раскрытия 10°
и на его выходе
5.8 Течение на выходе из диффузора с углом раскрытия 30°.
5.9 Метод ортогональной декомпозиции для описания
нестационарного течения
5.10 Сравнение результатов эксперимента по исследованию
потока воздуха во вращающемся коническом диффузоре и результатов расчета пограничного слоя методом конечных разностей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. КОЭФФИЦИЕНТЫ ЛИНЕАРИЗОВАННЫХ
УРАВНЕНИЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. МАТРИЦЫ УРАВНЕНИЙ ПОГРАНИЧНОГО

ПРИЛОЖЕНИЕ В. ЭСКИЗЫ УСТАНОВКИ ВРАЩЕНИЯ
ДИФФУЗОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. АКТЫ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

поперечного градиента давления на параметры турбулентного пограничного слоя изучено в работе [111]. Влияние аппроксимации эффективной турбулентной вязкости на профиль скорости рассмотрено в работе [112].
На основе работ Прандтля, Кармана, ван Дриста, Клебанова и Клаузера построено большинство современных алгебраических моделей турбулентности. Наиболее популярными на сегодняшний день являются модели Себеси-Смита и Болдуина-Ломакса [88]. В работе [88] отмечается, что рассмотренные алгебраические модели турбулентности Себеси-Смита и Болдуина-Ломакса, а также ряд других алгебраических моделей турбулентности приемлемо воспроизводят трение и скоростные профили, если градиент давления не слишком значителен. При этом ни одна из этих моделей не имеет очевидного превосходства перед другими - уровень точности примерно одинаков для всех.
Се беси и Смит предложили двухслойную алгебраическую модель турбулентной кинематической вязкости в 1967 году [113]. Модель Себеси-Смита с дополнительными расширениями для задачи пограничного слоя на вращающемся диске применил Купер [114], используя для расчетов метод конечных разностей.
В 1970-1971 году Себеси обобщил модель на течения с градиентом давления, массо- и теплопереносом [115, 116], а также, в соавторстве с Мосинскисом, на случай низкорейнольдсовых эффектов [117, 118]. Обобщение модели Себеси по учету влияния магнитного поля на характеристики пути смешения в турбулентном пограничном слое представлено Шаховым [119]. Себеси и Абботт в 1975 году [120] использовали уточненную модель Себеси-Смита для описания турбулентного пограничного слоя на вращающимся диске в неподвижной среде с помощью метода конечных разностей со схемой Келлера [121]. Результаты вычислений Себеси и Аббота хорошо соответствуют