ВОЗДЕЙСТВИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ПЛАСТИНЫ НА СТРУКТУРУ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ

Выполнены трехмерные численные исследования поля скорости за трехмерной тонкой пластиной методом LES. Пластина расположена на высоте 0.002 м в турбулентном пограничном слое, сформированном в водяном канале. Длина хорды пластины и ее размах были равны 0.01 м и 0.024 м соответственно. Число Рейнольдса, рассчитанное по полуширине канала и скорости на его оси, равно 7500. Показано, что под воздействием следа за пластиной продольная скорость, нормированная на скорость торможения, возрастала в логарифмической области на расстоянии до x/d = 3.8, а пульсации всех компонент скорости снижались в буферной области до расстояния x/d = 0.8. С приближением нижнего сдвигового слоя следа к поверхности продольные пульсации достигали минимальных значений у стенки при x/d = 1.8, тогда как вертикальные и поперечные пульсации становились выше, чем в невозмущенном пограничном слое. Рассчитанные характеристики поля скорости удовлетворительно коррелируют с соответствующими характеристиками, полученными в экспериментальном исследовании при подобных начальных и граничных условиях. Анализ поля скорости выявил механизм воздействия следа на изменение структуры пристеночного течения. Вовлечение пристеночной среды в нижний сдвиговой слой следа генерирует отток среды от стенки канала, а вовлечение в верхний сдвиговой слой формирует приток высокоскоростной среды в буферную область. Отток среды от стенки приводит к снижению градиента скорости у поверхности. Напряжения сдвига уменьшались на расстоянии четырех толщин пограничного слоя, а их локальное снижение достигало ~30%. Концевые вихри, сходящие с боковых кромок пластины, создавали неоднородное распределение поперечной скорости. Эта неоднородность приводила к формированию завихренности в буферной области. Возникающая система маломасштабных вихрей блокировала подвод высокоскоростной среды к стенке, замедляя рост напряжений сдвига на поверхности в интервале 1.4 ≤ x/d ≤ 2.6. Вихревая система вырождалась при стабилизации поперечной скорости и сдвиговое течение на поверхности восстанавливалось.
  Автор:  В. Л. Жданов, Д. A. Иванов, И. Г. Кухарчук
Ключевые слова:  турбулентный пограничный слой, поле скорости, сдвиговые напряжения, вихревой генератор, LES, PIV
Стр:  1271