Анализ динамики и структуры неизотермических приповерхностных течений жидкости на основе высокоскоростной инфракрасной термографии

В проекте предлагается работа над актуальными проблемами теплообмена и гидромеханики: экспериментальное исследование условий и механизмов ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое жидкости; управление теплообменом при импактном взаимодействии струй с поверхностью; накопление экспериментального материала для построения моделей турбулентности вязких сред и создания бенчмарков для вычислительных пакетов; а также разработка и верификация новых экспериментальных методов, помогающих в решении данных задач. Новизна состоит в том, что для решения поставленных задач используются цифровые методы регистрации и анализа на основе высокоскоростной термографии быстропротекающих процессов, которая стала возможной лишь с появлением цифровой тепловизионной техники нового поколения. В основе используемого подхода - регистрация неизотермических динамических тепловых полей в пограничном слое жидкости через окна, прозрачные для инфракрасного излучения в рабочем диапазоне тепловизора (3.7-4.8 мкм). Поглощение водой излучения в данном диапазоне на субмиллиметровой глубине позволяет снимать информацию с тонкого слоя неизотермического приповерхностного течения. Цифровой анализ и предложенные методы обработки массивов тепловизионных анимаций впервые позволяют получать данные – панорамные и локальные - о динамике мгновенных и усредненных векторных полей скорости жидкости в пограничном слое; частотные, энергетические характеристики турбулентных пульсаций (частотой до 50 Гц); данные об эволюции гидродинамических структур в приповерхностном течении на глубине до 0.3-0.5 мм. В ходе проекта на первом этапе предлагается отработка, верификация, обоснование и определение пределов применимости новых экспериментальных методов на модельном течении «импактная струя» (относительное расстояние до стенки: 1-5, числа Рейнольдса струи — от 2000 до 30000, степень неизотермичности течения — до 40С). Решается задача пост-обработки и визуализации получаемых в каждом эксперименте массивов тепловизионных данных. На втором этапе — получение новых количественных данных при рассмотрении актуальных задач гидродинамики и теплообмена применительно к затопленным струйным течениям жидкости при различных конфигурациях и в широком диапазоне параметров эксперимента – фиксация зон ламинарно-турбулентного перехода на основе построения пульсационных полей и полей скорости, построение количественных зависимостей геометрических параметров ламинарной области от параметров подобия и др.