Экспериментальное исследование спиральных волн на вихревых нитях

Данный проект направлен на решение задач гидроэнергетики, связанных с повышением производительности и устойчивости работы гидроэлектростанций. Возникающие при эксплуатации гидротурбин нестационарные вихревые структуры в значительной степени снижают мощность оборудования, а также ограничивают допустимые рабочие диапазоны. Также нестационарные явления могут приводить к разрушению гидроагрегата за счет возникающей кавитационной эрозии поверхности основных элементов, включая стенки отсасывающей трубы и рабочее колесо, и, как результат, к нарушению работы всей станции в целом. Вихревые структуры имеют вид концентрированных вихревых нитей, динамика которых, включая неустойчивость и распад, непосредственно влияют на эксплуатацию гидротурбинного оборудования. В этом контексте, в проекте исследуется фундаментальная проблема динамики вихрей - самоиндуцированное волновое движение деформированной вихревой нити. Вихревые нити часто генерируются в природе и в технических устройствах. Фундаментальная значимость исследований определяется тем, что многие концепции теории турбулентности предполагают взаимодействие вихрей разного масштаба. Интерес к волнам на вихрях связан, в первую очередь, с тем, что при достаточно большой амплитуде такие волны могут вызвать разрушение (распад) вихря. Хасимото еще в 1972 году теоретически показал возможность существования уединенной спиральной волны на вихревой нити - спирального солитона. Максворзи и др. почти 40 лет назад (1985) наблюдали в своих экспериментах различные виды спиральных волн и, в том числе, изолированные кинк-волны. Однако данных, позволяющих сделать однозначные выводы о характере этих волн, ими не было получено (как и не было до сих пор сделано другими исследователями). Позже в наших экспериментах удалось инициировать спиральные уединенные волны солитонного типа. Их форма и кинематическая схема движения соответствуют теоретически предсказанным, однако, необходимы детальные измерения для выяснения вопроса действительно ли это солитоны Хасимото. Таким образом, цель данного проекта - ликвидировать пробел в экспериментальном изучении волн на вихревой нити и, прежде всего, спирального солитона. В дальнейшем достижение цели проекта даст новый импульс для теоретических исследований волн на вихревых нитях. Более глубокое понимание прирроды нестационарных явлений в энергетических установках, включая гидротурбинное оборудование, будет способствовать повышению их безопасности и эффективности.