Экспериментальное и численное исследование поперечного обтекания цилиндра вблизи плоского экрана тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Академия наук СССР Сибирское отделение Институт теоретической и прикладной механики

На правах рукописи

Диковская Надежда Дмитриевна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ОБТЕКАНИЯ ЦИЛИНДРА ВБЛИЗИ ПЛОСКОГО ЭКРАНА

01.02.05 - механика жидкостей, газа и плазмы

Автореферат диссертации на соисканио ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск 1990

Работа выполнена в Институте теоретической и прикладной иеханики Сибирского отделения АН СССР

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Коваленко В. М. , кандидат технических наук Бычков Н. И.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

старший научный сотрудник Гапонов С.А

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Мугалев В. П.

Ведущая организация: Институт технической теплофизики АН УССР

эится " О " ^¿и^^ЯГО 1ЭЭ1 г. в /Г

Защита состоится " » 1 1ЭЭ1 г.

на заседании специализированного совета К. 003. 22.01 по присуждению ученой степени кандидата наук в Институте теоретической и прикладной механики СО АН СССР по адресу: 630090, Новосибирск, 90. ул. Институтская, 4/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТПМ СО АН СССР

Автореферат разослан

-Ю - лЛеии 139/ г.

е^М 1=

Учерый секретарь специализированного совета

Д. ф. -м. н. гРиг°Рьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации обусловлена требованиями практической аэро- и гидродинамики, где возникла необходимость экспериментального и численного исследования вязкого взаимодействия потоков около тел, расположенных вблизи других поверхностей. Картина обтекания при этом значительно усложняется, каждое тело уже нельзя считать независимым источником возмушений в потоке. В данной работе изучается влияние плоского экрана на поперечное обтекание цилиндра. Такой объект является типичным в различных областях техники. Примером могут служить коммуникации, проложенные по дну водоемов, элементы теплообменников, аэрокосмические аппараты в стартовых условиях и др.

При относительно большом числе исследований одиночного цилиндра картина обтекания его вблизи экрана остается мало изученной. Имеющиеся экспериментальные данные (Бирман,1978; Аиба,1985, Ангрилли,1982) получены главным образом в области малых,

5

локритических чисел Рейнольдса (Ие<10 ) и преимущественно при умеренных и больших зазорах между цилиндром и экраном, т. е. вне области сильного взаимодействия. Фактически неисследованным является влияние вращения иилиндра на его обтекание вблизи экрана.

Целью работы является экспериментальное исследование поперечного обтекания неподвижного и вращающегося цилиндра, а также его колебаний при упругом кроплении вблизи плоского экрана. Изучалась область околокритических чисел Рейнольдса. Особое внимание уделено течению при малых расстояниях между цилиндром и экраном, т. е. в области сильного вязкого взаимодействия. Проведено численное моделирование отрывного обтекания неподвижного и вращающегося вблизи экрана цилиндра при разных зазорах между ними и параметрах вращения цилиндра.

Научная новизна работы представлена экспериментальными и численными результатами, полученными в малоисследованной области параметров течения около цилиндра с экраном. Рассмотрены малые зазоры, ололокритические числа Рейнольдса, а также влияние вращения цилиндра. Установлены зависимости характеристик течения от величины зазора. Обнаружен и объяснен качественно новый эффект

аномального поведения параметров течения при малых зазорах. Впервые наблюдались автоколебания цилиндра типа галопирования под влиянием близкого экрана. Определена область существования этих колебаний. Детально изучена структура среднего и пульсаци-онного течения в окрестности цилиндра и вдоль близко расположенного экрана. Проведена визуализация течения.Новыми являются также результаты численного моделирования отрывного обтекания не-вращающегося цилиндра вблизи экрана в широком диапазоне зазоров между ними. Впервые численным методом исследовано влияние вращения цилиндра вблизи экрана на локальные и интегральные характеристики течения. Обобщены и систематизированы экспериментальные и расчетные данные. Постороена физическая модель течения в окрестности цилиндра, расположенного на малом расстоянии от экрана.

Научная и практическая ценность. Обнаружение новых эффектов при малых расстояниях между цилиндром и экраном - аномального поведения характеристик течения, возникновения автоколебаний цилиндра, особенностей переходных процессов на цилиндре и экране - позволяет расширить представление о структуре течения и вязком взаимодействии в системе цилиндр-экран. Результаты экспериментального и численного исследования могут использоваться для уточнения методик расчета ветровых нагрузок на высотные сооружения и их элементы, с целью повышения эффективности работы оборудования ТЭС, АЭС, теплообменной и химической аппаратуры, при проектировании и эксплуатации подводных сооружений. Данные по аэроупругим колебаниям цилиндра могут быть также полезны для поисков методов управления динамическими процессами, связанными с автоколебаниями конструкций, расюложенных вблизи других поверхностей.

На защиту выносятся результаты непосредственных измерений аэродинамических сил (подъемной и сопротивления) цилиндра, расположенного вблизи экрана, в том числе обнаружение и анали? аномального поведения подъемкой силы при очень малых зазорах; результаты экспериментальных исследований распределения давления на цилиндре и экране при близком их расположении; результаты экспериментальных исследований структуры среднего и пульсационного течения в окрестности цилиндра, расположенного вблизи экрана; физическую модель течения в системе цилиндр-экран в области аномального поведения характеристик обтекания.

Аппробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на I конгрессе по механике ГЛР(Карл-Маркс-Штадт, 1983), на 11 Всесоюзной конференции по проблемам турбулентных

течений (Жданов, 1984), на II Всесоюзной школе по гидродинамике больших скоростей (Чебоксары,1984), на конференции по прикладной аэродинамике (Киев,1984), на III Всесоюзной конференции по проблемам турбулентных течений (Жданов,1986), на III Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Транспарус-86" (Николаев,1986), на IV Республиканской конференции по прикладной гидромеханике(Киев, 1987), на Всесоюзном семинаре по отрывным и струйным течениям (Новосибирск, 1988),на Всесоюзном семинаре по гидродинамической устойчивости и турбулентности (НовосибирскД989), на 111 Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых и специалистов гидродинамики (Алушта, 1989), на Всесоюзной научно-технической конференции по гидроупругости и долговечности конструкций энергетического оборудования (Каунас,1990), на Международном ИЮТАМ-симпозиуме по отрывным течениям и струям (Новосибирск, 1990), на Всесоюзной конференции по нелинейным колебаниям механических систем (Горький. 1990).

Основные результаты работы содержатся в 14 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Полный объем -197 страниц, в том числе 70 страниц рисунков. Список цитируемой литературы содержит 110 наименований и дополнен работами автора - 21 публикация.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы, указывается новизна полученных результатов, кратко излагается содержание диссертации.

В первой главе дан краткий обзор экспериментальных и расчетных работ по исследованию поперечного отрывного обтекания кругового цилиндра в области больших чисел Рейнольдса. Вначале приводятся основные результаты, полученные для одиночного цилиндра: неподвижного, вращающегося и колеблющегося (п.1.1). К наиболее изученный следует отнести поведение коэффициентов аэродинамических сил, процессы отрыва потока и формирование вихревого следа. Вращение цилиндра вносит дополнительные эффекты, в частности появление силы Магнуса и ее реверс при малых параметрах вращения. Обтекание цилиндра, расположенного вблизи экрана (п. 1,2) является менее изученным. Этот случай имеет некоторые

общие черти с обтеканием пары цилиндров, но при унеренных и больших расстояниях между ними. Предыдущие работы по обтеканию цилиндра вблизи экрана относятся в основном к области докритичес-ких чисел Рейнольдса и относительно больших зазоров. Практически полностью отсутствуют данные по обтекании вращающегося цилиндра вблизи экрана.Без этих сведений физическая модель обтекания является недостаточно полной. Формулируется постановка задачи об экспериментальном исследовании и численном моделировании поперечного отрывного обтекания цилиндра,расположенного вблизи экрана, в практически наиболее важной области высоких чисел Рейнольдса, близких к критическим, и малых зазоров, а также при вращении цилиндра.

Вторая глава посвящена описанию экспериментального оборудования и методам исследования. Опыты проведены в малотурбулентной

дозвуковой аэродинамической трубе Т-324 (ИТПМ) с сечением рабо-2

чей части 1x1 м и степенью турбулентности невозмущенного потока ниже О, 03% (п 2.1). Экспериментальная установка состояла из кругового цилиндра, закрепленного поперек рабочей части трубы, и пластины-экрана (рис. 1), исполненных в дчух вариантах. В большинстве опытов (тензометрия, пневмометрия и термоанемометрия) использовался трехсекционный цилиндр длиной 1 м и диаметром О,13 м

2

и пластина с размерами с плане 1x1,7 м . При визуализации течения и изучении колебаний цилиндра использовался консольно закрепленный цилиндр диаметром О. 03 м, длиной 0,45 м и пластина раз-2

мером 0,5x1,2 м с боковыми стенками. Вращение цилиндров осуществлялось в обе стороны с чзстотами до п=27 с 1 и п=250 с соответственно для первого и второго вариантов.

В п. 2. 2 описа;;:.! методики измерений и обработки экспериментальных данных Использование ссгокупнссти различных методов исследования: эксперкме» таль.чых (визуализация, п:;овмс- и тензометрия, териоане:юметр;;я) и численного модс/!лрования позволило получить достаточно пол;:уе кзргину обтекания цилиндр- вблизи экрана Экспериментальные исследования (кроне визуализации и ^олс-ба-

гелььых явлений > прозелень! при окслокритических числах Не-

5 1

(2-6)10 . Визуализаций ироБ-дгна грг Че=1,6-10 , колебания цилиндра изучались I:,;. Пе= (О, Е-1, Б) юи, -. е. при Артритических режимах (Не =4 -10°).

кр

Поле темен::,-, визуализирпзалось с ис..'Э<1:.оОгиниен 1:е»"ода дымящей "нити". Нагреваемая проволочка диаметром 0,07 мм, с кото-рои испарялось поело, ¡.аходилась нг раггтоянии О, 3 м перед кром-

кои пластины.

Давление и его пульсации на поверхности цилиндра измерялись через приемные отверстия в корпусе цилиндра с помощью спиртового манометра и датчика переменного давления J1X-610 с пьезокерамиче-гким чувствительным элементом. Акустическая частота приемной полости составляла в разных вариантах от 0, 0 до G кГц. что обеспечивало измерения частоты схода вихрей с цилиндра (50-180 Гц). Среднее давление на пластине фиксировалось одновременно в 23 точках групповым регистрирующим манометром ГРМ-2. Относительные погрешности измерений среднего давления и амплитуды пульсаций составляли соответственно 1-2 ,и 10%. Коэффициенты давления на цилиндре рассчитывались с учетом влияния загромождения моделью канала трубы.

Тензометрические измерения проведены с использованием двух-компонентных тензовесов балочного типа. Весы обеспечивали достаточно высокую чувствительность при измерении не только осреднен-ных, но и переменных значений измеряемых сил, что позволяло приближенно определять анплитуду колебаний цилиндра. Резонансная частота весовой системы трехсекционного цилиндра равнялась 30 Гц, для консольно закрепленного цилиндра - 12 Гц. Величины коэффициентов аэродинамических сил корректировались с учетом загромождения канала трубы. Относительные погрешности измерения сил составляли г-5% в зависимости от скорости набегающего потока U^, (с уменьшением погрешности возрастают).

Поля средних скоростей и продольных пульсаций скорости вокруг цилиндра получены с использованием комплекса термоанемомет-рической аппаратуры фирмы DISA с применением оцнониточного датчика. Результаты измерений приведены а виде величин средней скорости U и среднеквадратичных пульсаций скорости и1, отнесенных к скорости невозмущенного потока. Частотный анализ спектра пульса-ционной составляющей скорости прояодилсл с помощью анализаторов CK4-5G или FAT-1 (ФРГ). Относительные погрешности измерений U и U' составляли 1 и 10^, соответственно.

В третьей главе изложены результаты экспериментального исследования обтекания неподвижного цилиндра, расположенного вблизи плоского экрана: аэродинамические силы на цилиндре, распределение давления на цилиндре и экране, пульсации давления на цилиндре, поле скоростей и пульсаций скорости в окрестности цилиндра и вдоль экрана.

В п. 3. 1 приведены результаты весовых измерений на цилиндре

с

при Ке=(2-6)10 и Ь£0,в, а также для одиночного цилиндра (Ь->оо). На рис. 2,а показаны зависимости коэффициента Су от величины зазора при до- и закритических режимах. Видно, что присутствие экрана вызывает появление силы, отталкивающей его и монотонно возрастающей с уменьшением зазора (непрерывная линия на графике),

пока зазор не достигает критического значения Ь , не превышаю-

кр

щего О,1. Ниже этой границы наблюдается аномалия поведения Су(М, выраженная появлением локального минимума в точке Определены границы существования аномалии по величине зазора и числу Рейнольдса (рис. 3,6). Заштрихованная область на рис. з.а при

5

критическом числе Иекр"=4-10 соответствует изменениям С у, связанным с неустойчивостью обтекания цилиндра из-за появления отрывных пузырей. Приближение цилиндра к экрану уменьшает амплитуду указанных изменений Су. т.е. является стабилизирующим фактором. Сопротивление цилиндра с уменьшением зазора сначала возрастает (более значительно для йе>Кекр), а в области аномалии Су, при Ь<0,1 - падает, приближаясь к величине Г^вО, 7.

Для выяснения причин особенностей поведения аэродинамических сил были измерены величины давления на поверхности цилиндра (п. 3.2) и вдоль экрана (п. 3. 3). Получено, что при больших зазорах с приближением цилиндра к экрану' происходит поворот течения таким образом, что область подпора в лобовой части цилиндра смещается к экрану, вызывая плавное увеличение Су. При 1ко, 15 наступает качественная перестройка течения, выраженная сменой режимов обтекания сначала нижней (НП), ближней к экрану, а затем и верхней (ВП) сторон цилиндра (рис. 3).

Наиболее разнообразные изменения происходят на НП. При за-зазорах Ь-=0, 06-0, 1, независимо от числа Не, обтекание нижней стороны близко докритическому; Рт«-1,5 (рис. 3,6), V 0Тр =30-100 (рис.3, в). При уменьшении зазора до Ь=0,03 скорость потока здесь увеличивается, уровень разрежения (-4>1^>-Б) соответствует за-критическому обтеканию, точка отрыва смёщается в донную область. На верхней стороне цилиндра режим, близкий закритическому, устанавливается при И<о. 05 для всех исследованных числах Наблюдаемая смена режимов определяется процессами, связанными с лами-нарно-турбулентными переходами в пограничных слоях цилиндра и влиянием на них пограничного слоя экрана.

Для области аномалии Ь<0,1 характерна значительная асимметрия не только среднего течения, но и пульсационной картины (п. 3. ? ¡а рис.4 показано распределение пульсаций давления Р'(у>)

g

на цилиндре при h=0, ОВ и Re=2-10 . Сравнение величин и положения

максимумов пульсаций с данными на одиночном цилиндре (светлые

символы) показывает, что пики Р^ связаны с двумя процессами:

отрывом потока и с ланинарно-турбулентным переходом в

пограничном слое. На верхней стороне цилиндра пограничный слой

отрывается в ламинарном состоянии (пик 1), а потом турбулизуется

(2). На нижней стороне сначала происходит ламинарно-турбулентный

переход (4), а затем отрыв (3), хотя число Re<Re . На верхней

кр

стороне цилиндра пограничный слой турбулизуется вблизи h=o,os. При h>0, 1 нь. кривых P^if) существуют только два слабых пика, связанных с отрывом ламинарного пограничного слоя.

Измерениями давления на экране (п.3.4) установлено, что на экране перед цилиндром при h<0,3 существует зона повышенного давления (рис. Ь.а), под цилиндром - пик разрежения. Неблагоприятный положительный градиент давления уменьшает устойчивость пограничного слоя на экране и независимо от. наличия (1) или отсутствия (2) турбулизатора, на расстоянии двух диаметров перед цилиндром устанавливается турбулентный пограничный слой, что контролировалось измерениями пульсаций скорости и' вдоль экрана (рис. 5,6).

Измерения полей средней скорости I) (п. 3.5) и пульсаций скорости и' (п. 3. 6) проведены вдоль экрана и вокруг цилиндра. На рис.6,б показаны границы между потенциальным и вязким слоями течения, построенные по точхам резк.>го изменения профилей скорости U(у ) в разных сечениях на экране при Re=2«10 . Пунктиром нанесена линия минимума скорости перед цилиндром с точкой торможения К ¡'■а его поверхности.

При h>0,05 пограничный слой экрана находится ниже линии торможения и полностью захватывается течением, идущим через зазор под цилиндром. При h<0,05 пограничный слой перед цилиндром утолщается настолько, что проникает на верхнюю часть цилиндра, перенося сюда возмущения из области торможения (рис.6,в).

Наибольший вклад в аномалию создают особенности течения в зазоре под цилиндром. На входе в зазор (х=-0,5, рис.6,а) скорость течения монотонно уменьшается с приближением цилиндра к экрану. Под цилиндром при h<0,1, наоборот, скорость потока резко увеличивается и при достижении значения U^ssl, 5 происходит турбу-лизация потока, сопровождаемая усилением пульсаций скорости. Точка отрыва на цилиндре при этом смещается вниз, вызывая дальнейшее увеличение скорости к, следовательно, аномальное поведение

подъемной СШ|Ы.

В четвертой главе рассматривается совместное влияние близко расположенного экрана и вращения цилиндра на его обтекание. Изучаются также аэроупругие колебания цилиндра и приводятся результаты визуализации течения в окрестности неподвижного и вращающегося цилиндра вблизи экрана. Аэродинамические силы измерялись весовым способом (п. 4. 1). На рис. 7,а показаны зависимости С (е)

5 У

для разных зазоров Ь при докритических (Не=3-10 ) и закритичес-ких (Ке=Б-10 ) режимах. Влияние экрана, как и для невращающегося цилиндра, качественно различно при Ь<0,1 и Ь>0,1.

При Ь<0,1 зависимости Су(в) близки линейным; вращение цилиндра в рассматриваемой области не влияет на переходные процессы в его пограничном слое, состояние которого соответствует большим закритическим числам Ие. При Ь>0,1 на одной из сторон цилиндра при происходит прямой (для Не<Не^р) или обратный (для

<Ие. ) ламинарно-турбулентный переход, сопровождаемый смещением кр

точки отрыва и резким изменением С .

Сопротивление цилиндра при малых Ь и вне значений в=Э.

кр

слабо зависит от вращения цилиндра. В области в-в^ оно ступенчато изменяется, причем величина зависит от Ие и Ь. По экспериментальным данным Су(6) построены графики 0^р(Ке,Ь). Присутствие экрана при Есех числах Ие вызывает смещение в. в положили

тельном направлении, более заметноев области малых зазоров.

Для случая вращающегося цилиндра измерено также давление на экране (п.4.2), рассчитаны коэффициенты, аэродинамической силы, действующей на весь экран Су и на отдельные его участки: в области подпора перед' цилиндром С и непосредственно под цилиндром О

Су (рис.8). Величины сил, действующих на экран, довольно значительны. Наибольшие изменения наблюдаются в области под цилиндром - основном источнике появления сил.

Анализ эффекта аномального поведения характеристик течения при Ь<0, 1 позволил предположить, а затем и обнаружить наличие автоколебаний типа галопирования на цилиндре, упруго закрепленном вблизи экрана (п. 4.3). Без экрана (Ь-»~) колебания имели неупорядоченный характер, с амплитудой, пропорциональной скоростному напору (рис.9). При Ь>0,15 наличие экрана вызывало некоторое демпфирование колебаний цилиндра. При меньших зазорах возбуждались упорядоченные колебания, которые начинались с пороговой скорости И =15 м/с и происходили на собственной частоте преимущественно в поперечном потоку направлении. В некоторых случаях

наблюдалась значительная модуляция амплитуд А и А . С увеличе-

Y х

нием скорости потока амплитуда колебаний возрастала. При вращении цилиндр? амплитуда изменялась более сложно при б<0, одновременно уменьшалась пороговая скорость U .

Для иллюстрации полученных результатов приведены фотографии визуализации течения около неподвижного и вращающегося цилиндра вблизи экрана (п.4. 4), подтверждающие предыдущие выводы.

Глава пятая посвящзна численному моделированию отрывного обтекания неподвижного и вращающегося цилиндра, расположенного вблизи экрана. Используемый численный метод основан на синтезе метода дискретных вихрей для невязкого течения у. расчета нестационарного пограничного слоя на поверхности цилиндра. Присутствие экрана учитывалось введением зеркально-отображенной вихревой системы. При расчете турбулентного пограничного слоя использовалась двухслойная модель турбулентной вязкости с учетом продольного градиента давления, эффекта стенки и перемежаемости в форме Ван-Дриста и Клебанова. Для вращающегося цилиндра уравнения пограничного слоя реглались в системе координат, связанной с поверхностью цилиндра, с соответствующими упрощениями при малых пара-патрах 0<1. Количество дискретных в."рей, моделирующих невязкое течение, достигало 800, aar по времени равнялся t =0,1.

О результате расчетов, выполненных на ЭВМ БЭСН-6, (п.5.2) получены положение точек отрыва потока Р0Тр. распределение давления на цилиндре, и следовател!чо, положение передней критической 1^чки в широком диапазоне зазоров 0, 03<h<20. Рассчитаны

аэродинамические коэффициенты С ■< С .

У х

Особенностью расчетного течения является колебательный вид изменения во времени всех его характеристик (рис.10,а), отражающий периодические процессы формирования вихревых структур за цилиндром и соответствующий числу Струхаля Sh=0,20-0,25. Присутствие экрана приводит к возрастанию амплитуды колебаний давления ■л точки отрыв;! на нижней (ИП) стороне цилиндра, передней критической точки и коэффициента подъемной силы. При малых зазорах симметрия следа нарушается и за цилиндром образуется однорядная дорохкп вихрей, наблюдаемая ранее в экспериментах на воде.

На рис. 10,6 приведены результаты, полученные для осреднен-ного течения при разных зазорах. Символами на графиках нанесены экспериментальные данные. Из расчета следует, что приближение цилиндра к экрану вызывает попорот течения вокруг него, появление расталкивающей подъемной силы и увеличение сопротивления ци-

линдра (что хорошо согласуется с экспериментом). Основные тенденции изменения положения точек отрыва также описываются расчетом. Ограничения используемой модели расчета пограничного слоя, в частности отсутствие учета отрывных пузырей и вязкого взаимодействия пограничных слоев цилиндра и экрана, сказывается главным образом на положении отрыва, для которого наблюдается существенное расхождение расчетных и экспериментальных данных

Впервые проведен расчет обтекания цилиндра с вращением вблизи экрана (п. 5.3). На рис. 10, в представлены осредненные значения коэффициентов Су, Сх и углов отрыва потока Р0Тр по обоим сторонам цилиндра при его вращении до в =0, 4 при Ь=0,3. Считалось, что без вращения пограничные слои на цилиндре полностью турбулентные. Вршение цилиндра при Бзят0 из экспери-

мента) вызывает линейный рост Су без существенного изменения лругих величин. При моделируется смена режима обтекания

одной из сторон цилинра, что приводит к резким перепадам в коэффициентах С и наблюдаемым в эксперименте (символы на рисунке-) При дальнейшем возрастании в>в. обе точки отрыва, соглас-

кр

но расчету, будут сдвигаться по потоку. Наличие экрана увеличивает подъемную силу, действующую на вращающийся цилиндр, особенно при е<0.

В заключении сформулированы основные выводы работы:

1. Суммарные характеристики цилиндра - подъемная сила и сопротивление - сложным образом зависят от числа Яе и зазора Ь между цилиндром и экраном. При больших зазорах И>0,5 эти характеристики приближаются к значениям для одиночного цилиндра; с уменьшением зазора подъемная сила возрастает, сопротивление меняется слабо. При Ь<0,15 влияние экрана становится определяющим В области Ь<0,1 обнаружена ранее неизвестная аномалия поведения подъемной силы (уменьшение Су с приближением цилиндра к экрану), что связано с переходно-отрывными процессами на цилиндре; сопротивление Сх в области аномалии уменьшается.

2. На экране перед цилиндром при зазорах Ь<0,3 обнаружена зона большого положительного градиента давления, в которой возникают условия для самоустановления турбулентного пограничного слоя и значительного его утолщения, что оказывает влияние на обтекание цилиндра. Под цилиндром и в следе за ним повышенное давление сменяется разрежением, наиболее интенсивным под центром цилиндра.

3. Присутствие экрана нарушает симметрию обтекания цилиндра:

передняя критическая точка смешается к экрану, изменяется положение точек отрыва и величина зон разрежения на боковых сторонах цилиндра. Переходные процессы в пограничных слоях на верхней и нижней сторонах цилиндра происходят при разных зазорах, что и создает условия для аномального поведения подъемной силы и возбуждения автоколебаний типа галопирования упруго закрепленного цилиндра. Существование таких колебаний обнаружено экспериментально. При зазорах h>0,15 они значительно демпфируются.

4. Путем изнерэнип средних и пульсационных характеристик определена сложная картина течения вокруг цилиндра. Показано, что переход на верхней стороне цилиндра, наблюдаемый при зазоре h= о,05, происходит под влиянием возмущений, которые проникают со стороны экрана вместе с его пограничным слоем. На нижней стороне цилиндра в области h"0,0G-0, 1 с уменьшением зазора скорость струйного течения под цилиндром возрастает, достигая критического значения, близкого 1,5, что вызывает переход ламинарной формы течения в турбулентную, сдвиг точки отрыва я дальнейший рост скорости с одновременным уменьшением подъемной силы (область аномалии).

Ь. Результаты измерения аэродинамических сил на вращающемся цилиндре вблизи экрана, а также данные по измерению давления на экране при вращении цилиндра подтверждают основные выводы, полученные дл т нелодви«ного цилиндра. Установлено,что критическое значении параметр" чрашения определяющее переход на одной

из сторон цилиндра, зависи': от числа Re и зазора h.

0. Расчет -..'бтекпиия неподвижного цилиндра, проведенные в диапазоне расстояний h, более ш.п/;ксм и0 сравнению с известными, гогг^ерлили экспериментальные: ;(ныэ по коэффициентам С^ и С и ■■«ению ¡¡ерчкне": критической точки. Расчетами показано, что присутст'™е экрана е5л;:зи вращающегося цилиндра уменьшает отрк^агельнук си::;.- Магнусе.. Результаты расчетов основных характе-v и I удорл-?твсри'тэльно согласуются с опытными данными. Отли-ч!-г. г??ч-'т:*ых и 'гальних данных по углу отрыва потока,

свягчны . тм. з ¡¡атематической модели не учитываются от-

рывные пу?:>ри ' цих.'чдрэ и пограничный слой на экране.

р-зуль-атм м.-ссертации опубликованы в работах: 1 Kr ^areiiKO i?. И. 5ичкс-~ H.H., Кисель Г. А.', Дикояска я И. Д. Обтчхачис пр^.;?.?догсск и неподвижного кругового цилиндра вблизи п.-осксго эксана. Сообщение 1. Аэродинамические силы на цилиндре //Изв СО -.:-;сР Сар. тэхн. наук. -1983. —Л/13. -Вып. 3. -С. 50-59.

2. Коваленко B.K. . Бычков H.H., Кисель Г. Д., Диковская н.Д. Обтекание вращающегося и неподвижного кругового цилиндра вблизи плоского экрана. Сообщение 2. Характеристики обтекания неподвижного цилиндра//Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. -1984. -Ун -Вып. 1. -С. 78-88.

3. Коваленко В. П., Бычков H.H., Кисель Г. А., Диковская H.J. Обтекание вращающегося и неподвижного кругового цилиндра вблизи плоского экрана. Сообщение 3. Давление на плоской экране в присутствии вращающегося цилиндра // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. -1984. -/У16.-Вып. З.-С. 22-31.

4. Бычков H.H., Диковская Н.Д. , Ларичкин В. В. Взаимодействие поперечно обтекаемого цилиндра с близко расположенным экраном// Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. -1990. -Вып. 1. -С. 57-63.

5. Бычков H.H., Диковская Н.Д. Колебания поперечно обтекаемого цилиндра вблизи плоского экрана//Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. -1990. -Вып. 5.

6. Коваленко В.Н., Диковская Н.Д. Обтекание двух цилиндров, расположенных рядом.Новосибирск, 1985. -14 с. (Препринт/АН СССР. Сибирское отд-ние. Ин-т теор. и прикл. механики; л/36-85).

7. Диковская Н.Д. Расчет обтекания кругового цилиндра, расположенного вблизи экрана. -Новосибирск, 1986.-20 с. (Препринт/АН СССР. Сиб. отд-ие. Ин-т теор. и прикл. механики; V21~86).

8. Диковская Н.Д. Расчет поперечного обтекания цилиндра, расположенного вблизи экрана//Аэродинамика летательных аппаратов я их систем. -Куйбышев: КуАК, 1987. -С. 85-93.

9. Диковская Н.Д. Расчет обтекания цилиндра, вращающегося над стенкой при больших числах Рейнольдса/1Г Республиканская конференция по проблемам гидромеханики в освоении ресурсов океана, 24-26 ноября 1987 г. Тезисы докладов. -Киев,' 1987.

10. Бычков H.H., Диковская Н.Д., Ларичкин В.В. Поперечное обтекание цилиндра вблизи плоской стенки/ Там же.

11. Бычков Н.М., Диковская Н.Д. Развитие возмущений в течении вокруг цилиндра, расположенного вблизи экрана/Всесоюзный семинар по гидродинамической устойчивости и турбулентности, 28.08-02. 09 1989 г. Тезисы докладов. -Новосибирск; ИТФ СО АН СССР, 1989.

12.Бычков H.H. Диковская Н.Д. Аэроупругие колебания цилиндра вблизи экрана//Гидроупругость и долговечность конструкций энергетического оборудования. Тезисы докладов. 11 Всесоюзная научно-техническая конференция, 26-29 июня 1990 г. -Каунас,1990.

13 .Бычков H.H.,' Диковская Н.Д., Щербаков В. А. Особенности об-

текания цилиндра вблизи плоского экрана// Тан же.

14. Бычков H.H., Диковская Н.Д., Щербаков В. А. Цилиндр в поперечном потоке вблизи экрана: автоколебания, особенности течения //Труды Лит. АН. Энергетика. -1990.

О -

h=0,13 Re=5-105

-0,2 .0 Рис.

\ 0,04

0,02

0,01

О

0,2 Q

7.

а) 0,1 л—д-д

h=0,03 / 0,06 к/ о---

- / дд^д LA^- / h-~ liM 0,3

"V б)

h=0,1 J 0,03

0,06

0,5 1,0 Re-103

Рис. 9.

-0,2

О 0,2 Q

Рис. 8.

а)

б)

Рис. ТО.