Возникновение, развитие и резонансное взаимодействие трёхмерных волн неустойчивости в пограничном слое с неблагоприятным градиентом давления

• Автор: Копцев, Даниил Борисович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 231 с.

Оглавление

Основные условные обозначения
Введение
Глава I. Обзор предшествующих исследований
и постановка задачи
1.1. 'Стадии перехода к турбулентности
1.2. Восприимчивость пограничных слоев
к внешним возмущениям
1.2.1. Формулировка проблемы восприимчивости
и обзор ранних исследований
1.2.2. Вихревая и акустическая восприимчивость
1.2.3. Восприимчивость к неоднородностям поверхности
1.3. Трехмерная устойчивость пограничных слоев
1.3.1. Общая характеристика проблемы и начальный
этап исследований
1.3.2. Количественные экспериментальные исследования трёхмерной устойчивости пограничных слоев
1.3.3. Эксперименты по трёхмерной устойчивости пограничных слоёв с НГД
1.4. Взаимодействия волн неустойчивости
1.4.1. Особенности нелинейных стадий перехода.
Первые теоретические и экспериментальные исследования
1.4.2. Г4- и К-режимы начальных стадий нелинейного
этапа перехода
1.4.3. Резонансные взаимодействия волн неустойчивости

Глава II. Совершенствование методов количественного экспериментального исследования процесса перехода в пограничных слоях
2.1. Экспериментальная реализация автомодельного течения
с постоянным отрицательным параметром Хартри
2.1.1. Методика создания автомодельного течения
2.1.2. Структура потенциального потока
2.1.3. Течение в пограничном слое
2.2. Методика возбуждения трёхмерных волн неустойчивости контролируемого частотно-волнового спектра
2.2.1. Конструкция универсального линейного
источника трёхмерных волн неустойчивости
2.2.2. Возбуждение волновых триплетов и псевдослучайных возмущений широкого спектра
2.3. Метод фазированной неровности для исследования восприимчивости пограничных слоев
2.3.1. Характеристика задачи. Форма фазированной неровности
2.3.2. Технология изготовления неровности и методика исследования восприимчивости
2.4. Метод двух источников для экспериментального получения коэффициентов трёхмерной
восприимчивости течения
2.4.1. Конструкция вибраторов
2.4.2. Определение формы колебаний мембраны
и её волнового спектра
2.4.3. Процедура определения начальных спектров
волн неустойчивости
2.4.4. Методика нахождения коэффициентов восприимчивости

Глава III. Трёхмерная линейная неустойчивость пограничного
слоя с неблагоприятным градиентом давления
3.1. Принципиальная схема и процедура измерений
3.2. Эволюция волновых поездов волн неустойчивости
3.2.1. Развитие возмущений в волновом поезде
вниз по потоку
3.2.2. Профили амплитуд и фаз возмущений
3.2.3. Эволюция волновых поездов в пространстве
3.2.4. Зависимость структуры возмущений от расстояния
до поверхности модели
3.2.5. Эволюция волновых спектров возмущений
вниз по потоку
3.3. Развитие нормальных мод неустойчивости
3.3.1. Кривые нарастания амплитуд нормальных мод
3.3.2. Нарастание фаз нормальных мод
3.4. Дисперсионные характеристики трёхмерных нормальных мод
3.4.1. Продольные волновые числа
3.4.2. Фазовые скорости нормальных мод
3.5. Инкременты и собственные функции трёхмерных нормальных мод
3.5.1. Зависимость инкрементов от угла наклона волны
и частоты возмущения
3.5.2. Собственные функции трёхмерных
нормальных мод неустойчивости

Вероятно, первое строгое подтверждение значимости субгармонического резонанса в процессе ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое с НГД было получено экспериментально в работе [118]. Примерно в то же время, в работе [155], посвящённой прямому численному моделированию перехода в пограничном слое с НГД, наблюдалось мощное резонансное усиление ЗМ субгармоник в присутствии 2М основной моды. Несколько позже была разработана невязкая нелинейная асимптотическая теория резонансных триплетов [156] для рэлеевских мод, распространяющихся в пограничном слое с НГД. Теория предсказывала сильный (дабл-экспоненциальный) рост субгармоник под действием экспоненциально растущей основной волны неустойчивости. Для более поздних (существенно нелинейных) стадий развития возмущений было предсказано "взрывное" нарастание как основной моды, так и субгармоник. (Необходимо отметить, что и дабл-экспоненциальный рост субгармоник и "взрывное" нарастание были впервые теоретически найдены в работах [157, 158], см. также [159] в рамках слабо-нелинейной теории устойчивости для пограничного слоя Блазиуса) Далее вниз по потоку в DNS наблюдалось насыщение в нарастании амплитуд всех волн, участвующих в резонансном взаимодействии.
Единственное известное на настоящий момент прямое экспериментальное исследование субгармонических резонансных взаимодействий в пограничном слое с НГД было проведено в [160] для довольно малых значений параметра Хартри (ßH = -0.06 и -0.09). В соответствии с теоретическим предсказанием, в условиях контролируемых возмущений был обнаружен быстрый рост и последующее насыщение амплитуд субгармоник. Однако, дабл-экспоненциальноё и "взрывное" нарастания в экспериментах [160] не наблюдались. Не была исследована и возможность усиления ЗМ волн на высших нечётных гармониках субгармоники (таких как 3//2, 5/72, и т.д.), наблюдавшегося в безградиентном пограничном слое [92] и объяснённом в [132] в рамках теории Флоке.