Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата
физико-математических наук: 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая
теплотехника. — Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе
Сибирского отделения РАН. — Новосибирск, 2012. — 20 с.
Научный руководитель: д.т.н., профессор Волчков Э.П.
Цель работы.
Исследовать динамические и тепловые параметры пограничного слоя с асимптотическим отрицательным градиентом давления с помощью численных и аналитических методов. Определить границы асимптотического течения и значения параметра ускорения, при которых будет предотвращаться переход к турбулентности. Достижение поставленной цели потребовало выполнения следующих задач:
разработка на основе численного метода решения уравнений пограничного слоя С.В.Патанкара и Д.Б. Сполдинга алгоритм и программу численного исследования пограничного слоя с отрицательным продольным градиентом давления при ламинарном и турбулентном режимах течения (c применением различных моделей турбулентности);
тестирование разработанного алгоритма и программного кода на известных экспериментальных данных по ускоренным течениям в пограничном слое;
численное исследование параметров динамического и теплового пограничных слоёв в условиях, когда отрицательный градиент давления воздействует на пограничный слой с самого начала его развития;
сравнение характеристик пограничного слоя с асимптотическим отрицательным градиентом давления и характеристик пограничного слоя с асимптотическим отсосом. Определить общий механизм, приводящий к аналогичному воздействию на пограничный слой этих факторов;
исследование дифференциальных уравнений пограничного слоя в условиях асимптотического отрицательного градиента давления на предмет аналитического решения, аналогично случаю аналитического решения при асимптотическом отсосе;
на основе интегральных соотношений пограничного слоя получить минимальное значение параметра ускорения K , при котором ламинарно-турбулентный переход будет отсутствовать. Сравнить полученный результат с результатами численного моделирования;
исследование влияние предвключённого безградиентного участка на динамический пограничный слой на последующем участке с ускорением. Определить возможные режимы течения, возникающие в зависимости от длины безградиентного участка и значений параметра ускорения K. Научная новизна.
На основе аналитических и численных методов проведено исследование динамических характеристик ускоренного пограничного слоя и их сравнение с характеристиками в случае пограничного слоя с асимптотическим отсосом. Впервые обоснована физическая аналогия между случаями асимптотического отсоса и асимптотического градиента давления.
Впервые получено соотношение, определяющее асимптотические условия ускоренного течения и впервые определено минимальное значение параметра ускорения K , при котором отрицательный градиент давления предотвращает прямой ламинарно-турбулентный переход.
Получены новые численные данные по профилям поперечной скорости в пограничном слое с асимптотическим отрицательным градиентом давления.
На основе этих данных предложено новое решение уравнений ламинарного несжимаемого пограничного слоя.
Проведено исследование теплового пограничного слоя в условиях отрицательного градиента давления. Получены данные по размерным и безразмерным интегральным характеристикам теплового слоя. На основе значительного различия толщин теплового и динамического пограничных слоёв впервые получено аналитическое распределение безразмерной температуры по толщине теплового слоя.
Проведено исследование нарушения аналогии Рейнольдса в условиях ускоренного течения. Впервые предложены простые выражения, определяющие коэффициент неподобия для случая ламинарного течения с отрицательным градиентом давления.
Впервые представлена диаграмма режимов течения, определяемых длиной предвключённого безградиентного участка и значениями параметра ускорения K .
Исследовать динамические и тепловые параметры пограничного слоя с асимптотическим отрицательным градиентом давления с помощью численных и аналитических методов. Определить границы асимптотического течения и значения параметра ускорения, при которых будет предотвращаться переход к турбулентности. Достижение поставленной цели потребовало выполнения следующих задач:
разработка на основе численного метода решения уравнений пограничного слоя С.В.Патанкара и Д.Б. Сполдинга алгоритм и программу численного исследования пограничного слоя с отрицательным продольным градиентом давления при ламинарном и турбулентном режимах течения (c применением различных моделей турбулентности);
тестирование разработанного алгоритма и программного кода на известных экспериментальных данных по ускоренным течениям в пограничном слое;
численное исследование параметров динамического и теплового пограничных слоёв в условиях, когда отрицательный градиент давления воздействует на пограничный слой с самого начала его развития;
сравнение характеристик пограничного слоя с асимптотическим отрицательным градиентом давления и характеристик пограничного слоя с асимптотическим отсосом. Определить общий механизм, приводящий к аналогичному воздействию на пограничный слой этих факторов;
исследование дифференциальных уравнений пограничного слоя в условиях асимптотического отрицательного градиента давления на предмет аналитического решения, аналогично случаю аналитического решения при асимптотическом отсосе;
на основе интегральных соотношений пограничного слоя получить минимальное значение параметра ускорения K , при котором ламинарно-турбулентный переход будет отсутствовать. Сравнить полученный результат с результатами численного моделирования;
исследование влияние предвключённого безградиентного участка на динамический пограничный слой на последующем участке с ускорением. Определить возможные режимы течения, возникающие в зависимости от длины безградиентного участка и значений параметра ускорения K. Научная новизна.
На основе аналитических и численных методов проведено исследование динамических характеристик ускоренного пограничного слоя и их сравнение с характеристиками в случае пограничного слоя с асимптотическим отсосом. Впервые обоснована физическая аналогия между случаями асимптотического отсоса и асимптотического градиента давления.
Впервые получено соотношение, определяющее асимптотические условия ускоренного течения и впервые определено минимальное значение параметра ускорения K , при котором отрицательный градиент давления предотвращает прямой ламинарно-турбулентный переход.
Получены новые численные данные по профилям поперечной скорости в пограничном слое с асимптотическим отрицательным градиентом давления.
На основе этих данных предложено новое решение уравнений ламинарного несжимаемого пограничного слоя.
Проведено исследование теплового пограничного слоя в условиях отрицательного градиента давления. Получены данные по размерным и безразмерным интегральным характеристикам теплового слоя. На основе значительного различия толщин теплового и динамического пограничных слоёв впервые получено аналитическое распределение безразмерной температуры по толщине теплового слоя.
Проведено исследование нарушения аналогии Рейнольдса в условиях ускоренного течения. Впервые предложены простые выражения, определяющие коэффициент неподобия для случая ламинарного течения с отрицательным градиентом давления.
Впервые представлена диаграмма режимов течения, определяемых длиной предвключённого безградиентного участка и значениями параметра ускорения K .