Экспериментальное исследование конвективных когерентных структур в горизонтальном слое жидкости, подогреваемом снизу и вращающемся относительно вертикальной оси

• Автор: Хаджимуса Мохаммадали
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Проблема турбулентности является, по мнению многих известных ученых проблемой номер один современного естествознания. Особо актуальной эта проблема стала в последнее время в связи с обнаружением в гидродинамических течениях так называемых «странных аттракторов» - нового класса решений уравнений Навье-Стокса, обладающих стохастическими свойствами и хорошо описывающих реальные турбулентные течения, например, в круглой трубе, в конвекции и т.д. В связи с этим открытием к настоящему времени сформировалось новое научное направление в гидродинамике - прямое численное моделирование турбулентных течений на основе решения нестационарных двумерных и трехмерных уравнений Навье-Стокса без привлечения каких-либо полуэмпирических гипотез. В рамках такого подхода уже удалось рассмотреть широкий класс различных течений. При этом, в частности, выявилась огромная роль когерентных турбулентных структур, которые, как правило, присутствуют во всех турбулентных течениях и несут большую энергетическую нагрузку. Теоретическое и особенно экспериментальное исследование подобных структур на сегодняшний день выполнено недостаточно подробно и далеко не во всех своих аспектах.
Цель работы: изучение турбулентных конвективных структур, возникающих при конвективной неустойчивости плоского горизонтального

слоя жидкости, подогреваемой снизу и допускающей вращение относительно вертикальной оси.
Научная новизна состоит: в изучении свойств исследуемых турбулентных конвективных структур, в выявлении их роли в описании рассматриваемых турбулентных конвективных течений, в анализе влияния вращения на эти когерентные структуры.
Практическая ценность состоит в возможном приложении развитого подхода к изучению когерентных структур и к выявлению их роли в широком классе аэродинамических течений.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзных конференциях «Современные проблемы аэрогидродинамики» (Институт механики МГУ, 2005, 2006 г.), на Ломоносовских конференциях (2005, 2006 г.), на международной конференции «Нелинейные задачи теории гидродинамической неустойчивости и турбулентность» (2006г.). Работы, вошедшие в диссертацию, обсуждались на семинаре профессора С.Я. Герценштейна и на секции аэромеханики Института механики МГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Основная часть диссертации содержит ... стр., из которых ... стр. - рисунки. Список литературы содержит 42 наименования.

1. ВВЕДЕНИЕ В КОНВЕКТИВНУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ СЛОЯХ ЖИДКОСТИ
1.1. Линейная устойчивость
1.2. Нелинейная конвекция
2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ «ПЛОСКИЙ СЛОЙ»
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ КОГЕРЕНТНЫХ СТРУКТУР
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

это время устанавливались. Измерялись температуры верхнего и нижнего медного диска. Затем при вертикальной подсветке лазерного ножа проводилась фотосъемка различных вертикальных сечений слоя при различной выдержке, а также и видеосъемка. В основном, исследовались турбулентные режимы, осредненные характеристики которых, как правило, малочувствительны к начальным возмущениям, к предыстории течения и ко времени выхода на режим.
Как правило, при достаточно большой выдержке, на фотографиях видны конвективные вихревые образования, которые «обрисовывают» треки от движущихся алюминиевых чешуек. Интересно, что скажем через 5 минут, форма и местоположения вихревых конвективных структур сильно изменяются.
Кроме того, проводились фото и видеосъемка свободной верхней поверхности нагретой жидкости при снятом верхнем диске. Проводились также аналогичные исследования с помощью тепловизора.
Полученные результаты представлены, в частности, на фото 3.13.69.
Интересно, что сопоставление съемки свободной поверхности жидкости и жидкости с верхней (прозрачной) границей показывает существенное изменение наблюдаемых когерентных структур. Особенно сильно это отличие при небольшой форме надкритичности. Прозрачная верхняя граница выполнялась либо из тонкого стекла (1 мм), либо из