Поле швидкості у серединному перерізі напівсферичної лунки

Abstract

У роботі наведені результати експериментальних досліджень особливостей формування вихрових структур усередині напівсферичної лунки на гідравлічно гладкій плоскій поверхні та поля швидкості, яке вони генерують. Експерименти проводились в аеродинамічній трубі та гідродинамічному лотоку за допомогою візуалізації течії і вимірювання швидкості дротяними й плівковими термоанемометрами. Візуалізація димом, контрастними барвниками та водорозчинними покриттями показала, що усередині лунки генеруються квазістійка великомасштабна вихрова структура та дрібномасштабні вихори, які викидаються назовні з лунки. Ці вихрові структури зароджуються із циркуляційної течії усередині лунки та зсувного шару, який утворюється під час відриву примежового шару з передньої стінки лунки. Вихрова течія усередині лунки обумовлює появу дискретних піків у частотних й хвильових спектрах швидкості на частотах низькочастотних коливань вихрової течії, на частотах обертання та викиду великомасштабної вихрової структури і на частотах автоколивань вихрових структур зсувного шару.

В работе представлены результаты экспериментальных исследований особенностей формирования вихревых структур внутр. полусферической лунки на гидравлически гладкой плоской поверхности и поля скорости, которое они генерируют. Эксперименты проводились в аэродинамической трубе и гидродинамическом лотке посредством визуализации течения и измерения скорости проволочными и пленочными термоанемометрами. Визуализация дымом, контрастними красителями и водорастворимыми покрытиями показала, что внутр. лунки генерируются квазиустойчивая крупномасштабная вихревая структура и мелкомасштабные вихри, которые выбрасываются наружу из лунки. Эти вихревые структуры зарождаются из циркуляционного течения внутри лунки и сдвигового слоя, который образуется при отрыве пограничного слоя с передней стенки лунки. Вихревое течение внутри лунки обуславливает появление дискретных пиков в частотних и волновых спектрах скорости на частотах низкочастотных колебаний вихревого течения, на частотах вращения и выброса крупномасштабной вихревой структуры и на частотах автоколебаний вихревых структур сдвигового слоя.

The results of experimental researches of features of forming of vortical structures inside a hemispheric dimple on a hydraulically smooth flat surface and velocity field, which they generate, are presented in paper. Experiments were conducted in a wind tunnel and hydrodynamic channel by means of flow visualization and hot-wire and hot-film velocity measurements. Visualization by smoke, contrasting dyes and water-soluble coatings showed, that inside the dimple a quasistable large-scale vortical structure and small-scale vortices which are break-up outside from the dimple are generated. These vortical structures are originated from a circulation flow inside the dimple and shear layer which is boundary layer separation from a front wall of the dimple. A vortical flow inside the dimple is stimulated by appearance of discrete peaks in the frequency and wave velocity spectra on frequencies of low-frequency fluctuations of vertical flow, on frequencies of rotation and break-up of large-scale vortical structure and on frequencies of auto-oscillations of vortical structures of shear layer.