Семинар по фундаментальным проблемам аэродинамики в формате видеоконференции ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ИТПМ СО РАН, СПбПУ, ИМех МГУ

Тема: Устойчивость и когерентные структуры в струйных и отрывных течениях жидкости

Автор: Рустам Илхамович Мулляджанов (ИТ СО РАН) rustammul@gmail.com

В данной работе теоретически и численно исследуются струйные и отрывные течения несжимаемой жидкости. Рассматриваются вопросы гидродинамической устойчивости и характеристики основных наиболее энергонесущих когерентных структур, а также основные факторы, влияющие на характеристики течения и процессы тепломассопереноса.

Развита теория дальнего поля ламинарных затопленных струйных течений, вызванных точечным источником массы, импульса и момента импульса. Приводится решение задачи устойчивости затопленной ламинарной струи, соответствующей точному решению Ландау. При помощи данных численного моделирования и собственного ортогонального разложения систематически показано, что спиральные бегущие волны являются наиболее энергонесущими вихревыми структурами в дальнем поле затопленной турбулентной струи (Рис. 1). Исследовано влияние слабой закрутки на характеристики круглой струи, а также влияние резкого изменения расхода в соосной кольцевой струе для объяснения явления гистерезиса режима течения в случае реагирующего потока. Показано, что смешанные корреляции когерентной и стохастической компоненты скорости, которые обычно не учитываются в уравнениях Навье – Стокса, осредненных по Рейнольдсу, становятся пренебрежимо малы только при относительно высоких скоростях потока в турбулентном отрывном течении за круглым цилиндром. Обнаружено, что в щелевых струйных и отрывных течениях помимо крупномасштабного квазидвумерного течения (типа дорожки Кармана) присутствуют продольные вихревые структуры и показано, что эти структуры ответственны за интенсивный тепломассоперенос поперек узкой щели.

Рис. 1. Слева: поле завихренности из данных прямого численного моделирования; справа: основные энергонесущие структуры в области V, полученные при помощи POD.