Численное и экспериментальное исследование сверхзвукового обтекания выемки тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

г \ ^

ИНСТИТУТ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Российской академии наук

На правах рукописи

АНТОНОВ Максим Александрович

УДК 517.9

ЧИСЛЕННОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ .. . . СВЕРХЗВУКОВОГО ОБТЕКАНИЯ ВЬЕМКИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Специальность: 01.02.03 - механика жидкости, газа и плазмы

Москва 1994

Работа выполнена на факультете аэрофизики и космических исследований Московского физико-технического института и в Институте математического моделирования РАН.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, Т. Г. Елизарова, канд.физ.-мат. наук, A.B. Иванов.

доктор физ. -мат. наук, профессор В. А. Гущин, канд. физ. -мат. наук, А.Е. Бондарев

Ведущая организация: Механико-математический факультет Московского Государственного Университета.

Защита состоится "

1994 года в

часоэ

на заседании специализированного совета К 003.91.01 Института математического моделирования РАН по адресу 125047, Москва, Миусская пл. , 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института математического моделирования РАН.

Автореферат разослан " "_1994 года.

Ученый секретарь специализированного совета канд. физ. -мат. наук С. Р. Свирцевский

а

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность теш. Отравные течения встречаются практически во SC9X технических приложениях газовой дгнашжи. Это относится как к задачам р.чешкего обтекания, так и к внутренним течениям. Отрызныа зоны образуются перед выступает, уступами, выемками на поверхности летательного аппарата (ЛА) з виде антенн, обтекателей, сопея управляющих двигателей, рулей управления и т.д. Основным свойством отрывных зоя является способность вызывать существенное изменение давления на поверхности JIA. Отклонение линий тока, возникновение скачков уплотнения, поверхностей разрыва, образование возвратных течений и застойных зон у поверхности ЛА может привести к значительному изменению определяет}® его движение параметров Срастет сопротивление, падает подъемная сила, меняются характеристики теплообмена).

Суцественно влияние отрыва на характеристики теплообмена. В ряде случаев наблюдается увеличение теплового потока в несколько раз по сравнения с безотрывным обтеканием. В этом случае, как правило, -захача усложняется тем, что проблемы теплопередачи приходится решать с проблемами отрыва совместно.

Все перечисленные особенности отрывных течений в полной мере реализуется при сверхзвуковом обтекании выемки С каверны). Такие элементы конструкций ЛА часто встречаются в технике. Они могут образовываться щелями между облицовочными плитками теплозащитных покрытий, зазорами между сегментами обшивки самолетов, соплами управляющих двигателей и т.п. Отметим, что несмотря на имеющееся значительное количество работ-, " посвященных сверхзвуковому обтеканий выемок различной формы Сэкспериментальных и теоретических), остаются недостаточно изученными характеристики турбулентности в слое смешения выемки и, особенно, пульсационные режимы течения в выемке.

В выемке возникают также интенсивные акустические колебания, задержание как "широкополосные" мелкомасштабные пульсации давления, типичные для турбулентного сдвигового слоя (турбулентное течение в выемке), так и дискретные резонансные составляющие, частота, амплитуда и форма которых зависят от формы выемки и

параметров набегающего потока. Это явление представляет опасность для элементов конструкции, находящихся вблизи выемки, оно может также оказать неблагоприятное влияние на аэродинамические характеристики и вызвать повреждение чувствительного приборного оборудования.

Представляется что задачи моделирования перехода турбулентного слоя смешения в свободный сдвиговый слой, влияния интенсивности турбулентности на характеристики течения и моделирования нестационарных режимов в отрывных зонах являются одними из наиболее актуальных проблем газовой динамики.

Состояние вопроса. К настоящему времени проведены многочисленные исследования с цель» добиться более глубокого понимания основных физических закономерностей, построить метод численного расчета, позволяющий адекватно рассматривать перечисленные выше особенности течения в выемке.

Задача исследования характеристик течения в выемках различной формы при обтекании их ламинарным и турбулентным потоком практически не решена и далека от своего завершения. Выполнены отдельные экспериментальные исследования ламинарных каверн. Построенный метод расчета для ламинарных сверхзвуковых течений не аппробирован по всем известным экспериментальным данным, чтобы убедится в его надежности.

Для ламинарного отрывного течения в выемке не построена физическая картина структуры течения, о котором известны некоторые, в основном, качественные характеристики. Не исследованы основные безразмерные параметры, определяющие течение в каверне. Не получены данные о нестационарных колебательных процессах, происходящих в выемке. Расчетов нестационарных режимов обтекания выемок при ламинарном характере течения в пограничном слое также недостаточно для получения картины пульсационного течения.

В качестве примеров численных расчетов нестационарных турбулентных течений в выемке можно привести исследования, выполненные в работах Хэнки и Шэнга С2-х мерный случай) и Ризетты С3-х мерный случай). В них полные уравнения Навье-Стокса решались методом Мак-Кормака. Замыкание системы уравнений осуществлялось с помощью алгебраической модели турбулентности с релаксационными поправка-

ми, учитывающими предысторию течения при периоде от пограничного слоя к свободному сдвиговому слою. И в том и в другом расчете использовались алгебраические модели турбулентности Себичи-Смита и Болдуина-Ломакса, соответственно.

Анализируя результаты исследований по турбулентным отрывным течениям в выемке следует указать следующее. Методы расчета турбулентного течения, развитые в работах Хэнки и Ризетты, является, на наш взгляд, недостаточно аппробированньтми, т.к. сравнение с экспериментом проведено по наиболее устойчивому и слабо меняющемуся для выемок параметру: относительному давлению на стенке выемки. Сравнение расчета и эксперимента для наиболее чувствительных параметров (профилей скорости и температуры) не проводилось. При этом, на наш взгляд, метод расчета работ Хэнки, Ризетты страдает еще одним важным недостатком, заключающимся в том. что этим методом, по-видимому невозможно провести расчет отравных течений при особо сильных пульсациях давления, возникающих при обтекании сверхзвуковым потоком выемок сложных геометрически:-: форм.

Экспериментальные исследования турбулентных отрывных течений в выемках страдаэт отсутствием необходимых для практики и анализа структуры отрывного течения характеристик: профилей скорости, температуры и интенсивности турбулентности. При этом очень важным является знание этих характеристик для турбулентного слоя смэшения, взаимодействующего с задней стенкой.

Целью диссертационной работы является исследование свойств отрывных течений на примере обтекания выемок. При экспериментальном исследовании этих свойств для решения этой задачи используется лазерный допплеровский измеритель скорости (ДДИС) (для получения уровней интенсивности турбулентности в слое смешения), при численном решении - алгоритмы КСРС с использованием алгебраической модели турбулентности.

На основе анализа приведенных замечаний, были намечены пути дальнейшего численного и экспериментального исследования ламинарного и турбулентного отрывного течения в выемках-, обтекаемых сверхзвуковым потоком, представленные в трех главах диссертации.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- проведено исследование особенностей ламинарного обтекания -выемок различной длины, исследовано влияние параметров набегающего потока на структуру отрывного течения в выемке и в слое смешения. Проведено исследование влияния длины выемки на характеристики течения внутри нее;

- в рамках КСРС впервые определены характеристики пульсаций давления в выемке при нестационарном режиме течения, определены количественные характеристики основных дискретных составляющих пульсаций при изменении параметров внешнего течения, проведено сравнение о экспериментом;

- построен и аппробирован метод расчета турбулентного отрывного течения базирующийся на кинетически-согласованных разностных схемах Сна примере обтекания выемки), проведено сравнение результатов расчета с данными эксперимента проведенного автором;

- измерены пульсации скорости Синтенсивность турбулентности) в слое смешения 2-х и 3-х мерных выемок с использованием лазерно-допплеровского измерителя скорости.

Практическая ценность работы. Полученная методика расчета турбулентного обтекания выэмки, выполненная на основе КСРС с естественной вязкостью и теплопроводностью при использовании алгебраической модели турбулентности Себичи-Смита с релаксационной поправкой учитывающей предысторию течения, может быть использована для расчета обтекания препятствий на поверхности летательного аппарата СЛА) в виде выемок, выступов, уступов и т.п. при его движении со сверхзвуковой скоростью.

Удовлетворительное согласование результатов расчета в выемке с данными физического эксперимента позволяет рассчитывать на получение адекватной картины течения при турбулентном обтекании указанных элементов конструкций на поверхности ЛА.

Таким образом, расширена граница применимости КСРС. Появляется возможность использования КСРС для расчета течений сжимаемого теплопроводного газа при больших числах Рейнольдса Кеш > 10б (турбулентный режим).

Показано, что КСРС могут быть успешно использованы для расчета сложных отрывных пульсационных течений. Результаты числен-

нога моделирования нестационарных режимов течения в выемке хорошо согласуются с известными экспериментальными данными как по частотным, так и по амплитудным характеристикам пульсаций давления. Особенно выгодно их применение для для течений с сильными уровнями пульсаций давления.

При экспериментальном Исследовании структуры течения в выемке и в слое смешения начального участка сверхзвуковой струи получены данные о распределении скорости и интенсивности турбулентности в таких слоях смешения, возникавших во многих зонах отрыва при обтекании препятствий. Измерения проведены с использованием метода лазерной допплеровской анемометрии, являющегося одним из наиболее современных бесконтактных методов измерения указанных параметров в экспериментальной газовой динамике.

Результаты работы могут быть использованы при проведении исследований отрывных нестационарных течений в Институте прикладной математики им. М.В.Келдыша, НПО "Молния", НИИ тепловых процессов, ЦАГИ, НПО "Энергия" и др.

Аппробация работы. Основные результаты диссертации докладывались:

- на конференции молодых ученых МФТИ /1987 г. /;

- на научной конференции МФТИ /1988 г./;

- на научно-техническом совете НШ тепловых процессов /1989 г. /;

- на научной конференции МФТИ /1989 г. /;

- на научно-исследовательском семинаре под руководством профессора Е. И. Леванова в ИММ РАН /1993 г. /.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в [1 - 73.

Структура и обьем диссертации. Работа состоит из Введения, 3-х глав, заключения и списка литературы. Общий обьем диссертации включает страниц, из которых страниц занимают рисунки.

Список литературы состоит из наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность теш, проводится краткий обзор основных современных проблем газовой динамики и методов их решения. На основании анализа современного состояния исследуемого вопроса предложены направления ведения дальнейших исследований.

Первая глава диссертации. В главе рассматривается случай ламинарного обтекания выемок различной длины, а также, исследуются нестационарные режимы течения.

Б п.1.1 рассматриваются способы построения КСРС. Основное отличие КСРС от других алгоритмов решения уравнений газовой динамики заключается в следующем. Вначале строится разностная схема для кинетического уравнения Больцмана, которая затем, с учетом конкретного вида функции распределения / (локально-максвелловской или локально-навье-стоксовской), осредняется по скоростям молекул. Отметим, что при построении разностных схем для уравнений Эйлера или Навье-Стокса. аналогичная процедура применяется в обратной последовательности. Сначала уравнение Больцмана осредняется по скоростям, а затем,, для уравнений Эйлера или Навье-Стокса строится разностная схема. В работе используется вариант КСРС с коррекцией, который позволяет адекватно описать картину течения в вязкой части потока.

Для численного решения поставленных в работе задач используются квазигазодинамические уравнения с введенными в них коэффициентами турбулентной вязкости р(_и теплопроводности ^ Ш-(4). При этом указанные коэффициенты учитываются в слагаемых, соответствующих навье- стоксовской вязкости и теплопроводности, в то время как регуляризирующие добавки Сэто члены, пропорциональные т) оставлены без изменения. То есть турбулентная диссипация здесь введена так же, как и для уравнений Навье- Стокса.

Выписанная здесь модель квазигазодинамических уравнений с турбулентной вязкостью С13- (4) может быть получена с использованием традиционной модели взвешенного по массе осреднения РеЯ-нольдса для уравнений Навье- Стокса. А именно, представим макропараметры в квазигазодинамических уравнениях в виде осредненных и

пульсационных составляюшх. Осредняя получэкные уравнения и отбрасывая малые флуктуационные члены, получим квазигазодинамические уравнения, вид которых, кроме сдвиговых напряжений и тепловых потоков, совпадает с их ламинарным представлением. Для напряжений Рейнольдса и тепловых потоков делается традиционное предположение об их связи со средними параметрами течения при помощи турбулентной вязкости и теплопроводности. Коэффициенты турбулентной вязкости и теплопроводности определяются с помощью алгебраической - модели турбулентности.

Для расчета нестационарных отрывных течений в диссертационной работе использовалась следующая система обезразмеренных квазигазодинамических уравнений.

*4/т = я О э£<*}+ 4 МН+

- (г ^ ри ] + ^[^См^З Й + + Щ]

с г )

Я*» щ - & £ р ■») ♦ 4[г 4 *

+ щ Р" ]+ж [ ы + ^ ^^ ] с 33

ж+ ш«+ 4иС£+р5 4Лт1 +1

+ гртт э| Р2] +кт + ^

ао

+14 ^+ к§4е"+ ^ Щ+ > +

+ к [ Эх И + ЭШ + ♦ ^ »41 в ]

где р - плотность, и, и - компоненты скорости, р - давление, с - внутреняя энергия, Г - температура, Е = рСе + 0.5Сиг+ и*)) -полная энергия, а = С^-ос)0-8 -скорость звука, у=ср/су -показатель адиабаты,. ^ - коэффицинет вязкости, коэффициент

турбулентной вязкости, р^^ / число Рейнольдса (И 'глубина выемки), Рг = ^р /X - число Прандтля, Рг%= турбулентное число Прандтля, т = Ь /2а , Л - шаг по пространству. При расчете ламинарных течений 0.

Отметим, что в работах Четверушкина Б.Н. и Елизаровой Т. Г. показано, что расчет по КСРС .с коррекцией Св погранслойном приближении) совпадает с решением уравнений Навье-Стокса. Члены же с исскуственной вязкостью при этом обеспечивают устойчивость схем. Устойчивость, как. обычно в газовой динамике, носит Курантовский характер.

В п. 1.2 исследуется структура ламинарного стационарного течения. Вначале проводится тестирование программы расчета. Для этого, результаты расчета по КСРС сравниваются с данными экспериментальной работы Хана, в которой проводится исследование обтекания прямоугольной выемки с 1/Н - 5.33 и 10.67 СI - длина выемки) при следующих параметрах внешнего потока: б.'З, 0.23 х

10®, Рг = 0.72, 6/К = 0.28 (6 - толщина пограничного слоя). Течение в пограничном слое носит ламинарный характер. Выемка осесим-метричная, эксперимент поставлен таким образом, что течение в выемке носит двумерный характер. Сравнение результатов расчета с данными эксперимента проводилось по скорости внутри выемки и давлению на дне выемки и на ее стеиках. Результаты расчета и эксперимента удовлетворительно согласуются с друг другом.

Далее было проведено исследование влияния параметров внешнего потока на течение в выемке. Для стационарного случая обтекания выемки основное внимание уделялось исследованию влияния длины выемки и определению критического отношения 1/И при котором

ах

происходит перестройка течения из открытой формы в закрытую (т.е. точка присоединения смещается из задней критической точки на заднюю стенку выемки или на дно выемки). Исследование проводилось при Кш= г.95, Яея= 3 х Ю3, Рг = 0.72, 6/И = 0.5, 1/И = 1....20.

В результате расчетов было обнаружено, что

- начало распада течения на два вихря происходит при 1/Н=13.. .(5. В экспериментальных исследования выполненных в основном для турбулентных течений, 1/Н = 12. Таким образом, по-видимому, критическая длина при ламинарном течении несколько выше;

- давление на дне растет, и пик давления вблизи задней кромки становится более резким;

- при увеличении длины выемки растет максимальная скорость обратного тока, наблюдается рост горизонтальной скорости на линии, соединяющей переднюю и заднюю кромки. По мере увеличения длины, скорость на этой линии приближается к теоретическому значению Чепмена, равному 0.65.

Характер изменения основных параметров течения в выемке качественно и количественно соответствует известным экспериментальным данным (работа авторов - Николь, Хан, Саройя, Синха и др.)

Кроме того, при выполнении, расчетов проведены оценки, позволяющие сопоставить производительность персональных компьютеров с различными типами процессоров на примере данного алгоритма.

В п. 1.3 проводится расчет пульсаций давления в открытой выемке. Исследуются основные характеристики нестационарной отрывной зоны, т. е. такой зоны отрыва, в которой присутствуют резонансные колебания давления. Отметим, что при нестационарных отрывных течениях в спектре пульсаций давления возникают дискретные составляющие, которых обычно нет в спектре шума стационарной отрывной зоны. Исследование проводится на примере обтекания прямоугольной выписи, т.к. существует ряд экспериментальных работ, посвященных данной проблеме.

Отметим, что большинство экспериментальных работ, посвященных исследованию нестационарных зон отрыва, выполнено для турбулентных до- и сверхзвуковых. течений. Имеются такке отдельные

исследования ламинарного (близко к переходному) режима обтекания выемки сверхзвуковым потоком.

Численные исследования нестационарного обтекания выемки немногочисленны и посЕящены, в основном, рассмотрению отдельных примеров турбулентного течения С Хэнки и Шэнг, Ршзетта), а .также случаев дозвукового обтекания.

Б работе Ризетты отмечается, что если нэ использовать модель турбулентности, то колеблющегося сдвигового слоя и резонансных колебаний давления в нем ке возникает. По-видимому, это явление связано с • отсутствия при расчете микроотрыва перед выемкой, наблюдающегося в экспериментах и являющегося (при ламинарном течениии) одним из источников колебаний давления. Таким образом, использование метода работы Ризетты могло ке привести к возникновению пульсаций давления без применения модели турбулентности.

Нестационарное ламинарное течение вязкого газа в прямоугольной каверне при использовании полной системы уравнений Навье-Стокса было рассчитано в работах Федорчанко При этом течение во внешней области - дозвуковое.

При анализе литературы, касающейся нестационарных реаамов течения был сделан вывод о недостаточности полученных при этом данных, особенно для ламинарного режима.

В диссертационной работе рассматривается нестационарное обтекание выемки при варьировании основных параметров внешнего течения в следующем диапазоне: Ми- 1.35... 6, 1.1 х Í03... 4.3 х tO4, Рг = 0.72, 1/Н - 2.1, 6/Н - 0.041.. .0.32.

Расчеты были проведены на сетке (58 х 76) и на сетке в 2 раза более подробной - С115 х 151). Кроме того, было выполнено' два расчета на сетке 58 х 76 с шагом по времени, соответствующим числу Куранта 0.25 и шагом, в два раза более мелким.

Выявлено, что при уменьшении в 2 раза шага по времени амплк-тудно-частотные спектры пульсаций давления практически не меняются, в то время как при измельчении пространственного шага сетки, при сохранении основных дискретных составляющих в спектре появляются также и дополнительные, более мелкие дискретные составляющие на более высоких частотах. По-видимому, это связано с тем, что при уменьшении шага по пространству удается разрешить

дополнительные мелкие вихри, которые "шумят" на других частотах.

В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы.

1) При проведении численного моделирования случая нестационарного .сверхзвукового течения в выемке для которого имеются данные эксперимента С1 /Н - 2.1, 6/Н - 0.0041, Мт = 1.35, Явц = 3.3 х 10*, Рг = 0.72) получены две основные моды колебаний давления удовлетворительно согласующиеся с данными эксперимента С5Н = 0.28 к Бк = 0.55). При этом, частота колебаний им соответствующая будет 20 кГц и 39 кГц. Эти частоты также согласуются с экспериментальными.

2) При выполнении численного исследования зависимости частоты и амплитуды колебаний давления от чисел Маха внешнего потока выявлено, что при росте числа Маха амплитуда колебаний давления уменьшается, число 51\ уменьшается. Показано, что начиная с числа Маха равного 2.9. колебания давления носят затухающий характер, при числах Маха равных 3.7 и 6.0 пульсаций давления не возникает.

3) Изучена зависимость частоты и амплитуды пульсаций давления от толщины пограничного слоя перед выемкой. Выявлено, что при увеличении 6/Н от 0.041 до 0.32 амплитуда колебаний давления падает Св пределах 0.041...0.15 незначительно), в то время как частоты дискретных составляющих остаются практически без изменений. При 6/Н >0.2 наблюдается существенное (в 10 и более раз) уменьшение амплитуды колебаний. При б/Я >0.32 колебания затухают.

4? Рассморено влияние числа Рейнольдса на пульсации давления в выемке. Выявлено, что в диапазоне чисел Рейнольдса 1.8 х (О4 < Ев < 4.3 х 104, основные дискретные составляющие пульсаций давления сохраняют частоту и амплитуды. При дальнейшем уменьшении числа Ке СКе < 1.8 х 104) амплитуда пульсаций давления падает и при Р.е -Л.1 х 103 колебания давления начинают носить затухающий характер.

5) Показана эффективность применения КСРС для расчетов нестационарных колебательный течений в открытых выемках, обтекаемых сверхзвуковым ламинарным потоком.

Во-второй главе диссертационной работы проведено численное

исследование зоны отрыва, возникающей при обтекании двумерных выемок сверхзвуковым турбулентным потоком газа. Полученные в результате численного моделирования характеристики течения сравнивались с данными физического эксперимента, выполненного в Главе 3.

Построен способ расчета турбулентных течений, основанный на использовании кинетически- согласованных разностных схем СКСРС), которые замыкаются с помощью алгебраической модели вихревой вязкости Себичи-Смита С система С1) - (4)). Проведены сравнительные расчеты обтекания выемки для двух режимов: ламинарного и турбулентного. Кроме этого, выполнен расчет турбулентного обтекания выемки, при тех же условиях в набегающем потоке, что и в проведенном в Главе 3 эксперименте. Выполнено сравнение результатов расчетов и экспериментальных данных по различным параметрам течения.

Выполненные расчеты показали возможность использования КСРС совместно с алгебраической модель» вихревой вязкости для расчета турбулентных отрывных течений. Полученные в расчетах профили скоростей и давлений удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Таким образом построена и апробирована математическая модель, применимая дйя расчета сверхзвуковых течений в окрестности каверны для случая развитой турбулентности.

В третьей главе выполнено экспериментальное исследование характеристик скорости и интенсивности турбулентности в слое смешения выемки, обтекаемой сверхзвуковым турбулентным потоком газа при следуют? параметрах - И^- 2.9, Яех- 7 х 10б, б/Н- 0.3, 1/И- 1 - и в слое смешения начального участка турбулентной изобарической сверхзвуковой струи СИШ= 1.37, 1.7).

В экспериментальной части работы: 1) исследуется влияние относительной толщины пограничного слоя на характеристики в слое смешения; 2) получена величина интенсивности турбулентности

екоторая неизвестна в таких слоях смешения. Отметим,

"и

что знание уровня интенсивности турбулентности с необходимо для расчета коэффициента усиления теплообмена в задаче о влиянии интенсивности турбулентности на теплообмен.

Экспериментальное исследование турбулентного обтекания выемки проводилось с использованием лазерного допплеровского измерителя скорости СДДИС).

Как известно, наиболее распространенными методами исследований зысокоскоростнкх газовых потоков является контактные методы (трубка Пито, термоанемокетр, и т.д.). Однако, в последнее время все чавд возникает необходимость в исследовании таких течений, -ч которых применение механических зондов оказывается ограниченным ила невозможным (малые по геометрическим размерам области течения, зоны отрыва, чувствительные даже к малым возмущениям потока, пристеночные области).

8 таких случаях возникает необходимость применения бесконтактных методов измерений. К ним относятся различные оптические .методы, практически не вносящие искажений в газовый поток.

Теневые и интерференционные приборы, прочно вошедшие в экспериментальную практику, обладают тем недостатком, что дают, как правило, интегральные по длине светового луча параметры потока. Этого недостатка лишены локальные оптические методы, позволяющие измерять параметры течения в малой области, образованной в результате ограничения луча по длине. Сущность метода состоит в регистрации излучения, рассеянного одной или несколькими частицами, присутствующими в определенный момент времени в локальной области потока, выделенной из пространства течения тем или иным оптическим способом. Такую область принято называть измерительным объемом. По измеренным параметрам рассеянного излучения определяются скорости движения частиц, их концентрация, турбулентные пульсации скорости и т.д.

Например, измерения скорости частиц сводятся к определению допплеровского сдвига частоты излучения, рассеянного на этой частице и пропорциональному ее скорости.

Для малых (по сравнению со скоростью света) скоростей, этот сдвиг составит ничтожную долю частоты падающего света. Поэтому, требуется высокая монохроматичность излучения, которую обеспечивают такие источники света как лазеры. Методы измерения скорости, основанные на измерении допплеровского сдвига частоты получили название лазерной допплеровской анемометрии (ЛДА), а соответству-

щке приборы - лазерные допплеровские измерители скорости СЛДИСЗ.

Основные результаты экспериментального исследования исследования состоят в следующем.

1) Провйдано экспериментальное исследование течения, при относительно толстом турбулентном пограничном слаа перед его отрывом С6/И =0.3) в выемках круглой и квадратной формы при числе Маха набегающего потока М„ = 2,9 и числе Рейкояьдса Не = 7 х 10е.

21 Показано, что турбулентный слой смешения глубокой вкамки СО = Ю можно рассматривать состоящим га двух частей: а) из внешней области, представляющей из себя часть присоединенного турбулентного пограничного слоя; б) из внутренней части, обладающей свойствами обычного турбулентного слоя смешения С развивающегося из относительно тонкого пограничного слоя).

Рост полной толщины турбулентного слоя смещения, возможно, происходит в основном за счет роста внутренней части слоя.

3) Найдены интенсивности турбулентности ь сверхзвуковых а дозвуковых частях слоя смешения. Показано, что на линии, соединяющей переднюю и заднюю кромки выемки, интенсивность турбулентности

соответствует су = (ц,г)'/г/иа= 0.12. ..0.15, что согласуется с ее значениями для дозвуковых и сверхзвуковых слоев смешения начального участка струи.

4) В работе получены экспериментальные данные по средним и пульсационным харгчтеристикам скорости в изобарических струях, которые расширяют и дополняют данные экспериментальных исследований, выполненных для сверхзвуковых изобарических струй.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. На основе кинетически-согласованных разностных схем проведено исследование ламинарного течения в плоской открытой прямоугольной выемке. Выполнено сравнение результатов расчета с данными эксперимента.

2. Проведено исследование нестационарных характеристик течения в плоских открытых выемках прямоугольной формы. Определены условия, при которых в выемке возникают резонансные колебания давления. Представлены основные особенности резонансного колебательного режима, реализующегося при течении. Найдены основные параметры внешнего потека, оказывающие наибольшее влияние на амплитуды и частоты пульсаций давления в выемке.

3. На основе кинетически-согласованных разностных схем и алгебраической модели турбулентной вязкости Себичи-Смита предложен численный мегод расчета турбулентного течения в отрывных зонах. Тестирование метода проводилось на примере обтекания выемки. Результаты численного исследования сравнивались с данными эксперимента, проведенного автором и рассмотренного в Главе 3 диссертации.

4. При использовании лазерного допплеровского измерителя скорости СЛДИСЗ проведено экспериментальное исследование турбулентного течения в открытой выемке, позволившее выявить особенности влияния пограничного слоя на стационарные и нестационарные характеристики течения в слое смешения выемки. Найдены уровни интенсивности турбулентности в слое смешения выемки.

Проведено исследование пульсационных характеристик скорости в слое смешения начального участка сверхзвуковой струи при различных параметрах внешнего потока.

IS

Основные результаты диссертация отражены в работах:

1. Экспериментальное исследование течения в выемке, обтекаемой

сверхзвуковым потоком /"Отчет НШТГП - исполн. И. А. Антонов, А. Н.Батов, 1989.

2. Антонов М.А. , Батов А.Н. Применение метода ДДА при иссле-

дований сверхзвукового обтскаяял кгзшси. - Сб. трудов МФ-ТЙ, 1990 >

3. Антонов М. А. , Траур И. А., Елизарова Т. Г. Численное исследова-

ние ламинарного обтекания ыгток различной форма. - Лрепрянт ИММ РАН, N 21, 22 с. , 1991.

4. Антонов М.А. , Граур И.А. Численное моделирование отрывных

течений в кавернах. Тезисы III советско-японского симпозиума по вычислительной гидродинамики, Владивосток, август 1992,

5. Antonov М.А. , Graur I.A. Numerical simulation of separ&ied

flow in on open cavity. - Method of ' aerophysical research international conferenco, Novosibirsk, Sept., 1992. 6 Antonov N. A., Graur I. A.Numerical investigation of the reattaching flow in open cavity.- 8th International conference on numerical methods in laminar and turbulent flow, Swansea, 18-23 July, 1993. 7. Антонов M.A. , Траур И. А. Исследование турбулентного отрывного обтекания выемки.- Журнал "Математическое моделирование", т.о. N 5, 1993, с.92-105.