Распределенная восприимчивость пограничного слоя к нестационарным вихревым возмущениям с нормальной к стенке завихренностью в присутствии неровностей поверхности
В.И. Бородулин, А.В. Иванов, Ю.С. Качанов, А.А. Феденкова
Институт теоретической и прикладной механики СО РАН, Новосибирск
Страницы: 365-402
Аннотация
Исследована задача распределенного (по продольной координате) возбуждения трехмерных волн Толлмина – Шлихтинга (ТШ) слабыми нестационарными вихрями внешнего потока, распространяющимися вдоль границы ламинарного пограничного слоя, нарастающего над поверхностью пластины с двумерными неоднородностями малой амплитуды. Проведен теоретический анализ соответствующего механизма возбуждения и на его основе дано определение функций (коэффициентов) распределенной восприимчивости течения и разработан метод их экспериментального определения, основанный на аппроксимации экспериментальных распределений аналитическими решениями. В условиях контролируемых возмущений проведено количественное экспериментальное исследование распределенной восприимчивости пограничного слоя Блазиуса к нестационарным вихрям внешнего потока с вектором завихренности, нормальным к стенке, в присутствии периодических по продольной координате двумерных неровностей поверхности. Проведены подробные термоанемометрические исследования возмущений как в свободном потоке, так и пограничном слое; измерена форма неровности поверхности. С помощью метода точечного источника экспериментально изучены характеристики линейной трехмерной устойчивости исследуемого течения, необходимые для получения коэффициентов распределенной восприимчивости. Обнаружено, что вихри внешнего потока возбуждают в пограничном слое трехмерные волны ТШ посредством двух механизмов восприимчивости: на гладкой поверхности и при взаимодействии вихрей с неровностями поверхности. На основе разработанного подхода экспериментально определены величины амплитуд и фаз коэффициентов распределенной вихревой восприимчивости обоих указанных типов как функций поперечного волнового числа. Найдено, что течение наиболее восприимчиво к квазидвумерным вихревым возмущениям. В то же время обнаружено, что при выбранном продольном волновом числе неровности наиболее эффективно возбуждаются трехмерные волны ТШ, для которых реализуется резонанс волновых чисел. Показана принципиальная роль резонанса в порождении волн неустойчивости и его большая ширина в спектре поперечных волновых чисел.
|
