Экспериментальное изучение ламинарно-турбулентного перехода при отрыве пульсирующего потока за препятствием в канале

Объект исследования - ламинарно-турбулентный переход при отрыве пульсирующего потока за препятствием в канале. Цель исследования - решение фундаментальной научной проблемы в области механики жидкости и газа, выявление механизмов и закономерностей процесса ламинарно-турбулентного перехода, вызванного отрывом пульсирующего потока за препятствием, установленным в канале. Задачей проекта является комплексное экспериментальное изучение гидродинамических процессов в пульсирующем течении за выступами, установленными на стенке канала, и выявление физических механизмов ламинарно-турбулентного перехода, инициированного отрывом потока за элементами дискретной шероховатости в канале, в условиях наложенной периодической нестационарности потока. Выполнена визуализация обтекания поперечного полуцилиндрического выступа в канале в широком диапазоне чисел Рейнольдса, соответствующих ламинарному и переходному режимам течения в стационарном и пульсирующем внешнем потоке. Получена детальная качественная и количественная информация о кинематической структуре течения за выступом и ее эволюции как во временной области, так и на различных этапах ламинарно-турбулентного перехода в канале. Для стационарного внешнего потока определено значение критического числа Рейнольдса, при котором за выступом начинают формироваться квазирегулярные вихревые структуры, которые представляют собой трехмерные вихревые сгустки. Уточнена зависимость частоты периодического образования вихрей от числа Рейнольдса. Описан механизм формирования крупномасштабных вихрей на поздней стадии перехода к турбулентности. Установлено, что определяющую роль в инициировании ламинарно-турбулентного перехода играет спиралевидное движение жидкости от боковых стенок канала к плоскости симметрии. Выявлено, что вынужденные периодические пульсации расхода существенно изменяют картину течения, характерную для стационарного режима при том же значении числа Рейнольдса. В фазе ускорения потока непосредственно за выступом формируются разгонные вихри, а вынужденные пульсации расхода практически полностью разрушают спиралевидное движение жидкости от боковых стенок канала к его плоскости симметрии, характерное для стационарного течения. Результаты визуализации потока за выступом при расходном механизме вынужденных пульсаций потока и изменении амплитуды пульсаций обобщены в виде приближенной карты режимов в пространстве безразмерной частоты и относительной амплитуды пульсаций. В рамках каждого из режимов определено влияние числа Рейнольдса на процесс формирования вихрей и их эволюцию. Установлено, что при числах Рейнольдса, меньше критических, акустические колебания оказывают весьма незначительное влияние на структуру потока за выступом. При числах Рейнольдса, больше критических, акустические возмущения приводят к интенсификации процессов переноса за счет смещения области начала формирования крупномасштабных вихрей вверх по потоку, снижения размеров области спиралевидного движения жидкости, существенного расширения вихревого движения жидкости по ширине канала в рециркуляционной области и более выраженного взаимодействия вихрей со стенкой.