Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://hit-conf.imec.msu.ru/2012/abstracts/Naumov_Okulov.doc Дата изменения: Sun Jun 14 09:32:07 2015 Дата индексирования: Sat Apr 9 23:45:26 2016 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: спиральная структура

ФОРМИРОВАНИЕ И ДИАГНОСТИКА МУЛЬТИСПИРАЛЬНЫХ РАСПАДОВ ВИХРЯ


И.В. Наумов, В.Л. Окулов


Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе, СО РАН, Новосибирск, Россия


Распад вихря - уникальное проявление неустойчивости интенсивно
закрученных течений, которое сопровождается внезапным замедлением осевой
скорости на оси с образованием иногда одной или нескольких рециркуляционных
зон. Распад вихря широко распространённое явление, наблюдаемое во многих
практических задачах аэродинамики, геофизики, энергетики и других
приложениях, где появляются интенсивные вихревые структуры, такие как
кромочные и концевые вихри за летательными аппаратами и винтами,
атмосферные торнадо и циклоны, закрученные потоки в вихревых камерах,
горелках и т.д.
Уникальность этого явления еще связана с его абсолютной
воспроизводимостью. Ранее уже были идентифицированы семь разных форм
распада вихря. В шести из них начальный вихрь не распадается, а лишь
деформируется разными способами. При пузыревидном распаде размер его
осесимметричного вихревого ядра увеличивался в два раза, а при спиральном
его ядро сворачивалось в винтовую спираль и т.п. [1]. И только одна из семи
форм действительно соответствовала разделению вихревого ядра на два - двух
спиральный распад, хотя теория устойчивости равновесных конфигураций из
винтовых вихрей указывает на возможность устойчивого существования
дуплетов, триплетов и других мультиплетов, содержащих до 7 винтовых вихрей
[2].
Для замкнутых вихревых потоков в цилиндрическом контейнере с
вращающейся крышкой, Escudier [3] наблюдал только одну - пузыревидную форму
распада вихря, но с многократными зонами рециркуляции (от 1 до 3).Другие
формы распада в этой конфигурации не были обнаружены. В представленной
работе мы сообщаем об экспериментальном открытии здесь новых устойчивых
мультиспиральных форм распада вихря.

| | |[pic] | |[pic] |
|[pic] | |[pic] | |[pic] |
| |[pic] | |[pic] | |


Открытие новых структур распада сделано в результате целенаправленного
поиска на основе теоретического предсказания возможности устойчивого
существования мультиспиральных вихревых структур [2]. Существование новых
форм распада было подтверждено на двух разных экспериментальных установках
при помощи двух разных методик визуализации. Дополнительно результаты
визуализаций были обоснованы PIV и LDA измерением и восстановлением
трехмерной структуры поля скорости, на тех же режимах, где
визуализировались мультиспиральные распады вихрей [4,5].
Рассмотрен уникальный случай проявления неустойчивости течений,
приводящий к спонтанному делению - распаду одиночной вихревой структуры на
части: вихревой дуплет, триплет и квадруплет. Существование распада вихря
на три и четыре спиральных вихря было открыто авторами работы впервые.
Работа выполнена при частичной поддержке Министерства образования и
науки РФ (ГК 11.519.11.6022 и ГК? 14.740.11.0144), гранта РФФИ 10-08-01093.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Khoo, B. C., Yeo K. S., Lim D. F. & He X. 1997 Vortex breakdown in an
unconfined vortical flow. Expl. Thermal Fluid Sci. 14, 131-148.
2. Okulov V.L. On the stability of multiple helical vortices // JFM, 2004.
V.521. p.319 - 342.
3. Escudier М.P. Observations of the flow produced in a cylindrical
container by a rotating endwall // Exp. Fluids, 1984. V. 2. p. 189-196.
4. И.В. Наумов, В.Л. Окулов и Ж.Н. Соренсен Диагностирование
пространственной структуры вихревых мультиплетов в закрученном течении //
Теплофизика и аэромеханика, 2010. Т. 17(4). c. 585-593.
5. J. N. SЬrensen, I. V. Naumov and V. L. Okulov. Multiple helical modes of
vortex breakdown // JFM, 2011. V. 683. p. 430-441.