Формирование вихревой структуры дозвуковых отрывных и пристеночных течений с заданными диссипативными свойствами для управления теплообменом и аэродинамическим сопротивлением

Совершенствование эффективных методов повышения эффективности теплообменного оборудования требует использования современных средств управления теплообменом. Для решения этой задачи разрабатывается управление развитием поперечных корреляций компонент поля скорости в турбулентных отрывных и пристеночных дозвуковых течениях маломасштабными вихрегенерирующими элементами. Развитие поперечных корреляций в сдвиговых течениях вызывает перераспределение энергии потока между компонентами векторного поля скорости, вызывающее изменение диссипации потока. Механизм взаимодействия поперечных пульсаций с вихревой структурой потока еще не понят в полной мере и представляет интерес изучение особенностей этого взаимодействия при различных способах возбуждения потока. Маломасштабные турбулизаторы, использующие энергию потока для создания устойчивых возмущений на протяженном участке течения, являются перспективными средствами усиления взаимодействия компонент поля скорости. Планируемые исследования позволят оценить эффективность этих элементов изменять структуру отрывного и пристеночного течений и возможность их применения в различных технических устройствах и технологических процессах. Использование устройств с генерацией продольных вихревых структур должно существенно снизить гидравлические потери по сравнению со сплошными вихрегенераторами. Вихревой генератор (таб), устанавливаемый на кромке обратного уступа, генерирует вихревую пару продольных стационарных вихрей, вращающихся в противоположные стороны. Эта пара вихрей изменяет объём вовлекаемой среды в область смешения, т.е. интенсифицирует процесс смешения. Развитие вихревой пары зависит от геометрии генератора. Анализ влияния числа, размеров и формы этих генераторов на турбулентные характеристики течения позволит выявить корреляцию этих параметров с динамикой развития продольных вихрей. Российской стороной будет экспериментально и численно изучаться влияние генераторов продольных вихрей (табов) различных масштабов, форм и углов ориентации на управление течения и теплообменных процессов в отрывном потоке за обратным уступом. Физическое и численное моделирование генерации поперечных корреляций маломасштабными конструктивными элементам в отрывных и пристеночных сдвиговых течениях будет изучаться участниками проекта от Беларуси.В работе будут использованы современные экспериментальные методы. Методами PIV и LDA будет исследоваться динамика течения. Для исследования теплообменных процессов будут привлечены термографические и электрокалориметрические методы. Численное моделирование будет использоваться для детализации и расширения понимания происходящих процессов. Численное исследование однофазных турбулентных отрывных течений и теплообмена будет проводиться методом моделирования крупных вихрей LES (Large Eddy Simulation) с использованием различных подсеточных моделей. Также планируется применение коммерческих программных пакетов.