Исследование развития возмущений в ламинарных струйных течениях и разработка научных основ новых способов управления такими течениями

Проект направлен на разработку научных основ управления струйными течениями на основе экспериментального, численного и теоретического исследования. В результате выполнения проекта: 1. Будут измерены профили средней скорости и пульсаций скорости, спектр пульсаций, измерена интенсивность вовлечения в движение окружающей среды в турбулентном участке струны, вызванным модальным и немодальным механизмами. 2. Будут экспериментально исследованы комбинации вносимых стационарных немодальных и гармонических модальных возмущений и проанализирована возможность ускорения и замедления перехода к турбулентности за счёт стационарной деформации струи. 3. Будет численно рассчитано нелинейное взаимодействие модально и немодально растущих возмущений и проанализирована возможность затягивания ламинарно-турбулентного перехода в круглой затопленной струе. 4. Будет проанализирована возможность интенсификации локальной абсолютной неустойчивости в струе и проведены экспериментальные исследования по развитию возмущений в абсолютно неустойчивой струе. 5. Будет аналитически, методом ВКБ, и численно в линейном приближении решена задача о формировании глобальной собственной моды при конечной длине зоны локальной абсолютной неустойчивости в развивающейся вниз по потоку струе. Будет определена минимально необходимая длина такой зоны. 6. В нелинейной постановке будет решена задача об эволюции локализованного импульсного возмущения в абсолютно неустойчивой струе. Все ожидаемые результаты находятся на мировом уровне. Результаты проекта могут использоваться для создания способов управления струйными течениями, которые могут найти приложения во множестве технологий. Затягивание перехода к турбулентности (удлинение ламинарного участка струи) может использоваться для создания локальных ламинарных “чистых зон”, т.е. зон пространства, заполненных специально очищенным воздухом (или в общем случае другим газом). Ламинарность течения исключает попадание в такие зоны посторонних примесей. Ламинарные чистые зоны, не имеющие твёрдых стенок, могут быть востребованы в микроэлектронике, высокоточном производстве, химических технологиях, микробиологии, фармацевтике. Плоские ламинарные струи могут использоваться как воздушные завесы, разграничивающие зоны пространства с разным требованием к чистоте и составу. Также имеются перспективные технологии создания “аэрозольных экранов”, в которых изображение проецируется на специально создаваемую струю аэрозоля (например, компании Displair и HelioDisplay). Основным недостатком таких технологий в настоящий момент является турбулентность струи, значительно искажающая проецируемое изображение. Затягивание перехода к турбулентности принципиально повысит качество изображения в таких устройствах. Наоборот, укорочение ламинарного участка, за счёт внесения возмущений, по структуре близких к оптимальным и за счёт комбинации модально и немодально растущих возмущений, или же за счёт создания абсолютно неустойчивой струи, может найти применение в ряде технологий, где необходимо обеспечить интенсивный массообмен между струёй и окружающей средой: в химических реакторах, топочных устройствах, в форсунках камер сгорания двигателей различных типов, горелках.