Численные исследования струйных течений и развитие оптимальных методов управления потоком

Управление струйными течениями применяется во многих отраслях промышленности. Например, в электронике струи используются для точечного охлаждения нагретых поверхностей малоразмерных устройств – микроэлектромеханических систем, микрочипов. В энергетике различные технологии основаны на горении газовых струй. В авиационном транспорте воздействие на выхлопные струи летательных аппаратов способствует снижению уровня шума, расхода топлива и, как следствие, уменьшению вредного влияния на экологию. Для успешного решения задач, связанных с применением струй жидкости и газа, необходимо понимание происходящих в струйных течениях процессов и развитие надежных способов управления ими. Физические эксперименты показывают, что активные способы управления потоком, в частности, акустическое или механическое воздействие на выходе из сопла, приводят к эффектам усиления расширения струи, ее меандрирования, а затем и расщепления в широких диапазонах частот и амплитуд воздействия при наличии и отсутствии горения. Различные активные и пассивные методы воздействия способствуют также интенсификации перемешивания и теплообмена при относительно низких частотах возбуждения струи. Проект нацелен на разработку новых вычислительных технологий управления струйными течениями, взаимодополняющих физические эксперименты в лабораторных условиях, а также на изучение наблюдаемых при этом механизмов формирования вихревой структуры, особенностей развития неустойчивости и турбулентности в несжимаемых свободных и импактных струях, истекающих из отверстий различной конфигурации. Известные из литературы примеры физических и численных экспериментов по управлению течением в струях относятся к относительно небольшим диапазонам чисел Рейнольдса, Струхаля и к определенным способам воздействия на поток. Новизна исследования состоит в расширении этих диапазонов, выяснении влияния амплитуды возмущений, положения и вида источников возмущений, использовании методов машинного обучения для улучшения моделей вычислительной аэрогидродинамики и для оптимизации параметров воздействия. Это позволит создать подробные цифровые карты особенностей развития вихревой структуры, неустойчивости и турбулентности при различных условиях, необходимые для эффективного управления потоком и теплообменом в несжимаемых струйных течениях.