Распределенная двумерная восприимчивость пограничного слоя к нестационарным вихревым возмущениям в присутствии неровностей поверхности
В.И. Бородулин, А.В. Иванов, Ю.С. Качанов, В.Ю. Комарова
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск
Страницы: 199-224
Аннотация
Исследуется задача распределённого (по продольной координате) возбуждения двумерных волн Толлмина?Шлихтинга (ТШ) слабыми нестационарными вихрями внешнего потока, распространяющимися вдоль границы ламинарного пограничного слоя, нарастающего над поверхностью, с двумерными неоднородностями малой амплитуды. Вихри внешнего потока имеют ориентацию вектора завихренности по размаху модели, т. е. не зависят от поперечной координаты. Теоретический анализ соответствующего механизма возбуждения, приведенный и использованный в [1], уточнен в рамках настоящей работы, и на его основе разработан метод экспериментального определения коэффициентов распределенной вихревой восприимчивости течения и восприимчивости вихрь-неровность, основанный на аппроксимации экспериментальных распределений аналитическими решениями. В условиях возбуждения контролируемых возмущений проведены подробные термоанемометрические исследования возмущений, возбуждаемых как в свободном потоке, так и в пограничном слое для нескольких частот вихрей и периодов неровности; измерена форма контролируемых неровностей поверхности. С помощью метода точечного источника экспериментально изучены характеристики линейной трехмерной устойчивости исследуемого течения к волнам ТШ, необходимые для получения коэффициентов распределенной восприимчивости. Найдено, что вихри внешнего потока с трансверсальной ориентацией вектора завихренности возбуждают в пограничном слое волны ТШ посредством двух механизмов восприимчивости: (а) на гладкой поверхности (за счет естественной неоднородности течения) и (б) при взаимодействии вихрей с неровностями поверхности. На основе разработанного подхода экспериментально определены величины амплитуд и фаз коэффициентов распределенной вихревой восприимчивости обоих указанных типов в зависимости от параметров задачи. Обнаружено, что абсолютные величины обоих коэффициентов восприимчивости быстро растут с частотой вихрей. Показано, что наиболее эффективное распределенное возбуждение волн ТШ наблюдается в условиях выполнения резонанса продольных волновых чисел вихрей, неровности и волны ТШ, приводящего к сильному отличию инкрементов последних от инкрементов линейной устойчивости. В отсутствии резонанса наблюдаются лишь биения амплитуды возмущений пограничного слоя.
|
