Численное моделирование генерации волн Толлмина–Шлихтинга турбулентностью потока

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Найдены возмущения, порождаемые внешней турбулентностью в сдвиговом слое на плоской пластине, внезапно приведенной в движение. В качестве начальных условий использовалось турбулентное течение, найденное методом прямого численного моделирования развития изотропной однородной турбулентности. Полученное решение моделирует ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое на плоской пластине при относительно малой турбулентности набегающего потока, когда он вызван волнами Толлмина–Шлихтинга. Оно позволяет описать процесс генерации различных возмущений – низкочастотных полосчатых структур и волн неустойчивости и их развитие на начальной стадии ламинарно-турбулентного перехода. На основе обработки полученных результатов предложена простая модель, связывающая спектры волн неустойчивости в пограничном слое и турбулентных пульсаций в набегающем потоке. Также получены зависимости начальной амплитуды волн неустойчивости и их критических коэффициентов усиления (N-факторов) от степени турбулентности потока.

Об авторах

М. В. Устинов

Центральный эрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского (ЦАГИ); Московский физико-технический институт (МФТИ)

Автор, ответственный за переписку.
Email: umax1961@gmail.com
Россия, Жуковский; Долгопрудный

Список литературы

  1. Ustinov M.V., Kachanov Y.S Comparison of amplitude method of roughness-induced swept-wing transition prediction with experiment // Physics of Fluids. 2021. V. 33 (9). 094105.
  2. Чувахов П.В., Федоров А.В. Статистическая модель начальной стадии ламинарно-турбулентного перехода, вызванного атмосферными микрочастицами// Тез.докл. 13 Всероссийский съезд по проблемам теоретической и прикладной механики, Санкт-Петербург, 21–25 августа 2023 г.
  3. Goldstein M.E. The evolution of Tollmien–Schlichting waves near the leading edge//J. Fluid Mech. 1983. V.127. P. 59–81.
  4. Качанов Ю.С., Козлов В.В., Левченко В.Я. Возникновение волны Толлмина–Шлихтинга в пограничном слое при воздействии внешних возмущений//Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. С. 85–94.
  5. Жигулев В.Н, Федоров А.В. Исследованиевозбуждения волн Толлмина–Шлихтинга. Препринт СО АН СССР, 1982. С 27–33.
  6. Жигулев В.Н., Тумин А.М. Возникновение турбулентности. Динамическая теория возбуждения и развития неустойчивостей в пограничных слоях. Новосибирск: Наука, 1987. 280 с.
  7. Устинов М.В. Генерация волн Толлмина–Шлихтинга турбулентностью потока// Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 4. С. 58–72
  8. Mack L.M. Transition prediction and linear stability theory // AGARD Conf. proc. CP-224. 1977. P. 1/1–22.
  9. Parekh D.E., Pulin P., Wlezin R.W. Boundary layer receptivity to convected gusts and sound //Boundary Layer Stability and Transition to Turbulence FED-114/ Ed. C.L. Reda et al. N.Y.: ASME, 1991. P. 69–76.
  10. Buter T.A., Reed H.L. Numerical investigations of receptivity to freestream vorticity // AIAA Paper.1993. № 93–0073.
  11. Leib S.J., Wundrow D.W., Goldstein M.E. Effects of free-stream turbulence and other vortical disturbances on a laminar boundary layer // J. Fluid Mech. 1999. V. 380. P. 169–203.
  12. Устинов М.В. Восприимчивость пограничного слоя на плоской пластине к турбулентности набегающего потока//Изв. РАН МЖГ. 2003. № 3. С. 56–68
  13. Устинов М.В. Численное моделирование развития полосчатой структуры в пограничном слое при повышенной степени турбулентности потока//Изв. РАН МЖГ. 2004. № 2. С. 103–119
  14. Rozhdestvensky B.L., Simakin I.N. Secondary flows in a plane channel: their relationship and comparison with turbulent flows// J. Fluid Mech.1987. P. 261–289.
  15. Гуляев А.Н., Козлов В.Е., Кузнецов В.Р. Проникновение трехмерных низкочастотных пульсаций скорости внешнего потока в ламинарный пограничный слой на плоской пластине// Труды ЦИАМ.1991. № 1287.С. 197–236.
  16. Устинов М.В. Численное моделирование ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое при повышенной степени турбулентности потока//Изв. РАН МЖГ. 2006. № 6. С. 77–93
  17. Рождественский Б.Л., Стойнов М.И. Алгоритмы интегрирования уравнений Навье–Стокса, имеющие аналоги законам сохранения массы, импульса и энергии. Препринт № 119 ИПМ им. М.В. Келдыша. 1987. 28 с.
  18. Устинов М.В. Исследование субгармонического перехода в плоском канале методом прямого численного моделирования// Изв. АНСССРМЖГ. 1993. № 3. C. 46–53
  19. Westin K.J.A., Boiko A.V., Klingmann B.G., Kozlov V.V., Alfredsson P.H. Experiments in a boundary layer subjected to freestream turbulence. Pt I: Boundary layer structure and receptivity// J. Fluid Mech. 1994. V. 281. P. 193–218.
  20. Matsubara M., Alfredsson P.H. Disturbance growth in boundary layers subjected to free-stream turbulence// J. Fluid Mech. 2001. V. 430. P. 149–168.
  21. Филиппов В.М. Экспериментальное исследование влияния градиента давления на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный// Уч. зап. ЦАГИ. 1975.Т. 6. № 6. С. 114–118.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024