Интерференционное действие вязкоупругой поверхности на пристенную турбулентность

• Автор: Семенов, Борис Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОДАТЛИВОЙ ГРАНИЦЫ НА ПРИСТЕННУЮ
ТУРБУЛЕНТОСТЬ
П. (-Об управлении турбулентностью для (.снижения
сопротивления
1.2. Интерференционное действие податливой границы на пристенную турбулентность
1.2.1. Приближенная гармоническая модель
1.2.2. Основной моделирующий параметр
1.2.3. Два логических ограничения
1.2.4. Фазовый анализ
ГЛАВА 2. ВЫБОР ПОКРЫТИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
2.1. Описание характеристик покрытия “лабораторной схемы”
2.2. Первое условие
2.3. Второе условие
2.4. Выбор фазо-частотной характеристики
2.5. Экспериментальная оценка третьего условия
2.6. Выбор материала и толщины покрытия
ГЛАВА 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ
ТЕОРИИ
3.1. Уточнение используемых параметров
3.1.1. Профиль средней скорости
3.1.2. Конвективная скорость
3.1.3. Структура флуктуаций скорости
3.2. О влиянии числа Рейнольдса при выборе частотной характеристики покрытия
3.3. О влиянии шероховатости поверхности покрытия
3.4. Прогнозы интерференционной теории для совместного использования податливой поверхности с другими средствами снижения сопротивления

3.4.1. Податливая поверхность в потоке с полимерными 61 добавками
3.4.2. Риблетные податливые покрытия
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОДНОСЛОЙНЫХ МОНОЛИТНЫХ
ПОКРЫТИЙ ИЗ ТЕРМОСТАБИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. Расчет колебательных характеристик покрытия
4.2. Измерение вязкоупругих свойств материалов для податливых покрытий
4.3. Создание покрытий
4.3.1. Выбор материалов
4.3.2. Выбор покрытия и условий его использования
4.4. Гидродинамические испытания покрытий
4.4.1. Об условиях испытаний
4.4.2. Анализ результатов испытаний
ГЛАВА 5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ
ПОДАТЛИВЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОГО ТРЕНИЯ
5.1. Кратко об итогах, задачах и условиях исследований
5.2. Поиск материалов для однослойных покрытий
5.3. Разработка новых типов покрытий
ГЛАВА 6. О СОВМЕСТНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОДАТЛИВЫХ
ПОКРЫТИЙ С ДРУГИМИ СРЕДСТВАМИ СНИЖЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
6.1. Некоторые замечания о перспективах исследований
6.1.1. Исходные физические предпосылки
6.1.2. Объединение полезных качеств отдельных методов
6.1.3. Экономический фактор
6.1.4. Факторы “взаимопомощи”
6.2. Экспериментальные исследования
6.2.1. Совместное действие податливого покрытия, воздушных микропузырьков и полимерных добавок
6.2.2. Вязкоупругое покрытие и инжекция воздушных микропузырьков в пристенную область течения
6.2.3. Инжекция воздушных микропузырьков и растворов
ПЭО в течение около твердой гладкой границы
6.2.4. Вязкоупругие покрытия и инжекция растворов ПЭО в

пристенное течение
6.2.5. Совместное действие риблетов и полимерных добавок
6.2.6. Краткие выводы
6.3. Расчетные комментарии к экспериментальным данным о взаимодействии между вязкоупругой границей и полимерными добавками в потоке
6.3.1. Влияние вязкоупругой границы на турбулентную диффузию полимерных добавок
6.3.2. Влияние полимерных добавок в потоке на интерферен-- Ь * Ь
ционное действие вязкоупругой границы
6.4. Совершенствование инжекции полимерных добавок в поток
для снижения сопротивления
6.4.1. О местных сопротивлениях в гидравлической сети
6.4.2. О механодеструкции полимера в турбулентном течении
6.4.3. О влиянии гетерофазности системы ПЭО+вода на динамику снижения трения
6.4.4. Об оптимизации условий ввода полимерных добавок в
пограничный слой для снижения сопротивления
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Часть I. Основные результаты
Часть II. О необходимых и перспективных задачах будущих
исследований
ЛИТЕРАТУРА

~ в 3-4 раза меньше минимальной частоты' нейтрального действия при в - 90° (здесь
коэффициент резко уменьшается, будучи здесь обратно пропорциональным квадрату частоты, т.е. по существу, покрытие тогда не податливо для пульсаций давления в основной области частот. Увеличение декремента затухания только усугубляет ситуацию.
Если выбирать собственную частоту в зоне провала (Рис. 2.16, 2.1 в), то можно обеспечить достаточно высокую податливость покрытия для этой области частот и расположить '‘его фазовую характеристику в основном вьпФе кривой нейтрального интерференционного действия вязкоупругой границы. При этом наиболее благоприятны п = (0.4 -1). Но очень резким может быть изменение эффекта уже при
малом смещении собственной частоты вправо относительно правой ветки нейтральной кривой 1 (см. Рис. 2.1 в): может происходить изменение не только величины, но и знака эффекта. А в случае безразмерной собственной частоты покрытия более 0.37 (Рис. 2.1 г) не приходится ожидать положительного действия даже при любой линеаризации профиля скорости у стенки.
То есть в качестве предельного условия какого-либо возможного положительного действия вязкоупругого покрытия можно записать:
Увеличение декремента затухания (при выборе собственной частоты в зоне провала нейтральной кривой) ведет к уменьшению податливости и неизбежному пересечению фазовой характеристики облицовки с правой веткой нейтральной кривой, что, конечно, должно вести к уменьшению эффекта снижения трения. Но зато при выборе собственной частоты покрытия справа вблизи правой ветки изменение эффекта на противоположной может не происходить.
Опыты [3, 20, 21, 51, 59] качественно подтверждают этот вывод. При вариации скорости (а безразмерная собственная частота обратно пропорциональна квадрату скорости) для покрытий с п~ (0.4 - 1) изменение эффекта снижения трения имеет резко
выраженный пик. А для больших значений и/б)0 максимальный эффект меньше, его зависимость от скорости размыта. Крамер [3] показал своими опытами существование оптимальной вязкости жидкости-наполнителя для минимизации сопротивления. Из приведенного им [2] описания оптимальной частотной характеристики следует
Ло=(3-4)/0 , где /() = со0/2п. Но при этом динамический