Год издания: 2014
Ключевые слова: турбулентность, многофазные течения, кластеризация, крупномасштабные вихревые структуры, large eddy simulation, particle image velocimetry
Аннотация: Традиционные представления о механизме развитой турбулентности основаны на каскадном характере переноса энергии от наиболее крупных вихревых структур к мелкомасштабным вихрям, динамика которых характеризуется большей хаотичностью по мере уменьшения масштаба. Аналогично, для систем с одним пространственным масштабом, существенно менПоказать полностьюьшем, чем два других, в частности, для так называемой двумерной турбулентности, где подавлен механизм растяжения вихревых трубок, характерным является обратный каскад энергии. Обратный каскад проявляется в генерации крупномасштабных вихревых образований в атмосфере, тонких мыльных пленках, в системах с интенсивным вращением или наличием сильного магнитного поля, приложенного к течению проводящей жидкости. ?В последнее время, однако, полученные (в том числе авторами проекта) новые данные о мелкомасштабной структуре турбулентности в различных конфигурациях свидетельствуют в ряде случаев о наличии тесной взаимосвязи её динамики с крупномасштабными движениями, а иногда и о прямой самоорганизации мелкомасштабных вихревых структур в крупномасштабные образования даже в существенно трехмерных потоках: это, прежде всего, наблюдаемые признаки упорядоченности, стремление к кластеризации вихревых структур в пристенной турбулентности, обнаружение обратного каскада энергии в трехмерной турбулентной струе. Аналогичное явление наблюдается в динамике двухфазных турбулентных потоков, где взаимодействие инерционных частиц с мелкомасштабной турбулентностью приводит к образованию крупномасштабных кластеров дисперсной фазы. Более глубокое понимание механизма данных явлений способствует развитию эффективных методов управления переносом в турбулентных течениях.?В проекте предполагается провести комплексное исследование взаимодействия мелкомасштабной структуры одно- и двухфазных турбулентных потоков с крупномасштабными вихревыми образованиями на основе высокоразвитой экспериментальной диагностики течений методами Particle Image Velocimetry, Planar Fluorescence Bubble Imaging, массивного трехмерного численного моделирования методом крупных вихрей (LES) и методов статистического моделирования. ?Основными объектами исследования будут являться: ?- Квазидвумерная турбулентная струя в узком канале. Будут проведены исследования мелкомасштабной трехмерной структуры квазидвумерной турбулентной струи в плоской щели, получены данные о внутренней структуре наблюдающихся в таком течении квазидвумерных вихревых образований. Для измерения трехмерных полей мгновенной скорости будет использован новый метод анемометрии по изображениям частиц, основанный на малоракурсной оптической томографии (TomoPIV), активно развиваемый авторами проекта. Математическое моделирование будет проведено при помощи метода Large Eddy Simulation.?- Осесимметричная турбулентная струя. Методами Large Eddy Simulation и Time-resolved Tomographic Particle Image Velocimetry будут исследованы образование и динамика вторичных лямбда-вихрей, развивающихся на первичных кольцевых вихрях начального участка осесимметричной турбулентной струи. Для газонасыщенной пузырьковой струи, в том числе в условиях близконо расположения твердых поверхностей (импактная струя) с помощью разработанной авторами проекта методики измерения положений и размеров круглых пузырей методом панорамной флуоресценции (PFBI) будет исследован процесс кластеризации пузырей и их влияния на крупномасштабные вихревые структуры для широкого диапазона газосодержаний. ?Будет развит метод лагранжева траекторного моделирования, позволяющий корректно описать явление аккумуляции частиц в пристенных турбулентных течениях.?