Исследование слабонелинейного развития нестационарных вихрей Гёртлера
А. В. Бойко1, А. В. Иванов2, Ю. С. Качанов3, Д. А. Мищенко4
1 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
2 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
3 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, kachanov@itam.nsc.ru
4 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
Ключевые слова: переход к турбулентности, нестационарная неустойчивость Гёртлера, пороги нелинейности
Страницы: 487-514
Аннотация
В условиях полностью контролируемых возмущений проведено экспериментальное и теоретическое исследование слабонелинейных стадий развития нестационарной (в общем случае) неустойчивости Гёртлера пограничного слоя на вогнутой поверхности. Основное внимание уделено начальным проявлениям нелинейности в развитии нестационарных гёртлеровских вихрей, относящихся к первой, наиболее быстрорастущей, моде дискретного спектра задачи об устойчивости. Детально изучены проявления нелинейности в зависимости от частоты основной (первичной) гёртлеровской моды и начальной амплитуды возмущения. Обнаружено, что слабонелинейная стадия развития нестационарных гёртлеровских вихрей характеризуется: (а) нелинейным взаимодействием комбинационных мод частотно-волнового спектра, (b) искажением профилей амплитуд и фаз возмущений по нормали к стенке, (c) замедлением скоростей нарастания основной гёртлеровской моды и большинства комбинационных мод, а также (d) уменьшением фазовых скоростей нестационарных возмущений. Найдено, что возмущения вступают в область слабонелинейного развития после превышения амплитудой основной частотно-волновой моды порога в 4÷6 %, что значительно выше, чем у волн Толлмина−Шлихтинга (1÷2 %), но существенно ниже, чем у мод неустойчивости поперечного течения трёхмерного пограничного слоя (более 10 %).
|
