Формирование и роль продольных структур в процессе ламинарно-турбулентного перехода в струях тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

На правах рукописи

( КоНТ^л------

кжы

лир

Литвиненко Мария Викторовна

ФОРМИРОВАНИЕ И РОЛЬ ПРОДОЛЬНЫХ СТРУКТУР В ПРОЦЕССЕ ЛАМИНАРНО-ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕХОДА В СТРУЯХ

01 02 05 - механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск - 2005

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Ларичкин Владимир Викторович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, ст не

Новопашин Сергей Андреевич

доктор физико-математических наук, ст н с Копьев Виктор Феликсович

Ведущая организация' Институт гидродинамики им МА Лаврентьева СО

РАН

Защита состоится "15" июня 2005 г в "15" час на заседании диссертационного совета Д 003.053.01 по защите диссертации на соискание ученой степени доктора наук в Институте теплофизики им С С Кутателадзе СО РАН (630090, Новосибирск, пр. академика Лаврентьева,!)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики им Кутателадзе СО РАН.

Автореферат разослан "_" _______2005 i.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.ф -м н. ^ffy^UA^^ Кузнецов В В

£35/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Физика смешения в струях представляет значительный интерес как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. Интенсивность и однородность перемешивания имеют большое влияние на эффективность сгорания, коэффициент теплопередачи, формирование отработанных веществ и шум струи. Также струи могут использоваться, например, для охлаждения лопаток газовых турбин и различных электронных устройств, для управления пограничным слоем на крыле.

В ламинарных струях профили средней скорости перегибные, что приводит к формированию вихрей Кельвина - Гельмгольца, которые являются основной неустойчивостью слоев сдвига, причем начальная стадия развития вихрей обычно хорошо описывается линейной теорией устойчивости. Нелинейная стадия характеризуется насыщением амплитуды и спариванием вихрей из-за резонанса возмущений с суб- и супергармониками. Дальнейшее развитие нелинейных структур часто сопровождается появлением продольных (вытянутых по потоку) вихревых структур. Их формирование обычно связывают с так называемой вторичной трехмерной неустойчивостью вихрей Кельвина - Гельмгольца. Эксперименты показывают, что динамика этих структур играет важную роль в процессе смешения в дальнем следе струи.

Другие продольные возмущения, которые часто могут развиваться в слое сдвига струи, возникают за неровностями поверхности сопел. Они представляют собой области квазистационарных трехмерных деформаций преимущественно продольной скорости в сдвиговом потоке, имеющих характерный вид "полосок" на картинах визуализации. Причина их появления не связана с вторичной неустойчивостью вихрей Кельвина - Гельмгольца Эти структуры возникают в результате эффектов становления при развитии компактных трехмерных возмущений нормальной компоненты скорости даже малой амплитуды Такие продольные структуры подвержены интенсивному взаимодействию с другими возмущениями потока, например с волнами неустойчивости, что, как правило, ускоряет турбулизацию течения. Эта особенность делает полосчатые структуры перспективным агентом для улучшения смешения и управления потоком в струях

Продольные структуры в пристенных потоках предмет исследования множества работ. В тоже время, исследования процесса развития продольных структур в струйных течениях начаты лишь недавно и проводились только при "естественных" условиях, без возможности их контроля

Исследование указанной проблемы представляет интерес ввиду широкого применения струйных течений в практических приложениях.

Цель работы — экспериментальное изучение механизмов генерации и развития продольных структур в круглой, плоской и плоской пристенной струях при помощи методов визуализации, термоанемометрии и метода Р1У, а также их роли в процессе ламинарно-турбулентного перехода в контролируемых условиях. Работа включает в себя следующие основные направления исследований:

а) изучение общих характеристик возникновения и развития продольных структур в круглой, плоской и плоской пристенной струях методом дымовой визуализации при помощи импульсного лазерного ножа;

б) исследование влияния на возникновение продольных структур различных поперечных размеров при помощи шероховатостей;

в) исследование характеристик продольных структур при помощи термоанемометра;

г) исследование влияния числа Рейнольдса на развитие продольных вихревых структур и их характеристические размеры;

д) исследование влияния акустического поля на генерацию и характеристики продольных возмущений;

е) сравнение результатов экспериментов но плоской пристенной струе с результатами вычислений по линейной теории и данными прямого численного моделирования.

Научная новизна:

- впервые из результатов дымовой визуализации были получены качественные данные о местоположении продольных структур и их поперечные размеры.

- обнаружено влияние числа Рейнольдса на формирование и развитие продольных структур. Было найдено, что увеличение скорости течения ведет к ускорению процесса ламинарно-турбулентного перехода и уменьшению поперечного размера продольных структур. При уменьшении скорости наблюдалось обратное явление. Этот факт может быть связан с изменение толщины свободного слоя сдвига при изменении числа Рейнольдса.

- впервые изучено влияние частоты вихрей Кельвина - Гельм) ольца на генерацию и характеристики продольных возмущений. Искусственное возбуждение неустойчивости Кельвина - Гельмгольца в свободном слое сдвига показало, что частсп а двумерных вихрей влияет на характерный размер и амплитуду продольных вихревых структур. Взаимодействие этих двух видов неустойчивостей может ускорять или затягивать процесс турбулизации струи.

Достоверность результатов обеспечена использованием в pa6oie универсальных и отработанных методов экспериментальных исследований, повторяемостью результатов, полученных в опытах, проведенных в разное время и на различных установках

Научная и практическая ценность состоит в том, что в работе на новом уровне изучена структура струйных течений, получена принципиально новая информация о формировании и развитии продольных вихревых структур в струях, их взаимодействии с двумерной неустойчивостью Кельвина - Гельмгольца, что может быть использовано и используется для верификации теоретических подходов, а также для создания более совершенных методов расчета и прямого численного моделирования. Полученные данные имеют практический интерес для специалистов, занимающихся управлением процессов массо- и теплообмена струйных течений. На защиту выносятся:

- результаты исследования возникновения и развития продольных струюур в круглой, плоской и плоской пристенной струях методом дымовой визуализации при помощи импульсного лазерного ножа;

- результаты исследования влияния различных поперечных размеров шероховатостей на возникновение и развитие продольных структур;

- результаты исследования характеристик продольных структур при помощи термоанемометра;

- результаты исследования влияния числа Рейнольдса и акустического поля на генерацию, развитие и характеристики продольных возмущений;

- результаты предварительного исследования плоской пристенной струи при помощи метода PIV (Particle Image Velocimetry);

- сравнение результатов экспериментов по плоской пристенной струе с результатами вычислений по линейной теории и данными прямого численного моделирования.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на семинарах Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, Чалмерского Технологического Университета и представлялись на следующих конференциях: Международная конференция "Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей" (Новосибирск, 2004, 2005 гг.); III Всероссийская конференция молодых ученых "Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии" (Новосибирск, 2003 г.), Международная конференция по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 2002, 2004 г.); Молодежная конференция "Шведские дни механики" (Гетеборг, Швеция, 2003 г.); VII Азиатский симпозиум по визуализации (Сингапур, 2003 г.); V Европейская конференция по механики жидкости (Франция, 2003).

Публикации. Результаты, представленные в диссертации, опубликованы в 13 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора. При выполнении работ по теме диссертации автор принимал непосредственное участие на всех стадиях проведения эксперимента от постановки задач до подготовки статей и докладов на конференциях. В работах опубликованных с научным руководителем Ларичкиным В.В., соавторами Чернорай В.Г., Козловым В.В. и Лёфдаль Л. диссертант принимал непосредственное участие в постановке задач, выработке методик исследований, подготовке экспериментов, проведении измерений, обработке и анализе экспериментальных данных, подготовке статей и докладов на конференциях, а вышеназванные соавторы принимали участие в обсуждении полученных результатов и постановке задач.

Диссертантом был предложен общий сценарий образования продольных структур как механизм трехмерного искажения двумерной волны (кольцевого вихря) на неоднородностях потока (продольных структурах), развивающихся в сдвиговом слое струи.

Студенты НГТУ Чередниченко Е.Е. и Козлов Г.В. участвовали в проведении эксперимента в плоской струе и экспериментах с шевронами. Соавтор Щербаков В.А. участвовал в проведении эксперимента, на начальной стадии изучения круглой струи. Представление изложенных в диссертации и выносимых на защиту результатов, полученных в совместных исследованиях, согласовано с соавторами.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы из 102 наименований, списка работ, опубликованных по теме диссертации, приложения, в котором приведены рисунки и графики и изложена на 127 страницах, включая 79 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность проведенных исследований, излагаются цели и задачи работы, описывается структура диссертации.

Первая глава диссертации содержит исторический обзор проблем, так или иначе связанных с исследуемой. Дается общая характеристика проблемы и обзор основных работ, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям явления перехода к турбулентности в соответствии с темой диссертационной работы. Показана роль стационарных продольных структур в процессе перехода к турбулентности в пограничном слое, слоях смешения и струях.

В п. 1.1. обсуждаются особенности линейной и нелинейной стадии перехода к турбулентности в пограничном слое, а также переход при модуляции продольными стационарными структурами, в том числе и вихрями поперечного течения.

П. 1.2. посвящен результатам предыдущих исследований ламинарно-турбулентного перехода в слоях смешения и струях. Показана важность изучения роли вихрей Кельвина - Гельмгольца и трехмерных эффектов в переходе к турбулентности.

В п. 1.3 освещается важность понимания физики процессов смешения струйных течений и возможность использования искусственно генерированных возмущений для значительного изменения и, даже, управления развитием структур в струях, например, для снижения турбулентности.

Вторая глава посвящена исследованию механизмов возникновения продольных вихревых структур непосредственно на выходе из сопла, их развития вниз по потоку и взаимодействия с вихрями Кельвина - Гельмгольца, акустического воздействия на эти процессы в круглой струе.

В п. 2.1. описывается экспериментальная установка, аппаратура, используемая для проведения экспериментов. Показана классическая схема течения в круглой струе, описывается метод визуализации и метод акустического воздействия на струю.

П. 2.2. посвящен описанию исследования влияния продольных структур на процесс турбулизации струи.

В п. 2.2.1. представлены "классические" картины визуализации течения в осесимметричной круглой струе, процесс ее развития и турбулизации. Описывается механизм возникновения продольных полосчатых структур.

П. 2.2.2. посвящен результатам эксперимента без введения контролируемых возмущений. Показаны результаты термоанемометрических измерений средней и пульсационной составляющей скорости для различных расстояний от среза сопла вниз по потоку (рис. 1). Также показаны картины дымовой визуализации круглой струи в естественных условиях (рис. 2), на которых можно наблюдать кольцевые вихри в области ламинарного режима течения, расширение струи вниз по потоку и область турбулизации течения. Визуализация поперечного течения демонстрирует наличие азимутальных "лучей", которые указывают на существование продольных структур, генерируемых непосредственно на выходе их сопла.

П. 2.2.3. посвящен результатам эксперимента с введением контролируемых возмущений. Для устранения радиальных колебаний продольных структур использовались шероховатости, размер которых коррелировал с масштабом естественных структур. На рис. 3 (Ь - И) представлены визуализационные картины течения на различных расстояниях от среза сопла вниз по потоку, на которых можно наблюдать процесс взаимодействия продольных структур и кольцевых вихрей. Известно, что трехмерное искажение двумерной волны Толлмина - Шлихтинга на нелинейной стадии ее развития приводит к возникновению так называемых Л-структур Нечто похожее мы наблюдаем и в данном случае. Только вместо двумерной волны выступает двумерное вихревое кольцо, а в качестве элементов шероховатости -продольные структуры. Трехмерное искажение двумерного кольца на локальных неоднородностях течения (продольных структурах) приводит к возникновению Л-структур по всему периметру кольцевого вихря в азимутальном направлении. Наблюдаемые на визуализационных картинах грибообразные выбросы в азимутальном направлении из кольцевых вихрей представляют собой как раз головки /¡-структур. Изучалась зависимость динамики развития струи от скорости истечения газа и акустического воздействия.

В п. 2.3. сформулированы основные выводы главы 2.

Третья глава диссертации посвящена изучению механизма ламинарно-турбулентного перехода в плоской струе.

П. 3.1. посвящен описанию экспериментальной установки, методики визуализации струи Струя визуализировалась в поперечных сечениях на расстояниях

от 5 до 85 мм от сопла, а также в продольных ссчсниях в области сдвиювых слоев лазерным ножом толщиной около 0 3 мм Естественная частота схода вихрей Кельвина Гельмгольца характеризовалась некоторой нестационарностью, которая минимизировалась генерацией контролируемых вихревых возмущений в потоке звуком частоты /= 140 Гц от громкоговорителя, излучавшем акустическое поле по нормали к сфуе на расстоянии 200 мм от сопла Продольные структуры генерировались контролируемым образом за элементами шероховатости размеров высотой 0 2, длиной 20 и шириной 5 мм, расположенными у одного и^ оснований среза сопла по его размаху. Профили средней скорости получены с помощью термоанемометра.

В п. 3.2. освещены результаты визуализации течения в плоской струе. Двумерные вихри Кельвина - Гельмгольца, ориентированные поперек потока, и продольные структуры ("лучи" вдоль потока) сосуществуют в сдвиговом слое Взаимодействие между ними приводит к сложной периодической во времени и пространстве структуре возмущений. Несколько кадров, полученных при визуализации поперечных сечений струи, приведены на рис. 4. Они демонстрируют результат взаимодействия продольных структур и вихрей Кельвина - Гельмгольца: развитие периодической системы грибовидных структур вниз по потоку, которые "вырываются" из слоя сдвига в окружающее пространство. Также было показано, что при увеличении скорости истечения из сопла амплитуда колебаний увеличивается, но это не приводит к качественным изменениям особенностей смешивания в рассматриваемом течении. Аналогичные результаты были получены и для других скоростей из рассматриваемого диапазона.

В п. 3.3. сформулированы основные выводы, следующие из главы 3.

В четвертой главе описываются результаты исследования механизма ламинарно-турбулентного перехода для плоской пристенной струи.

В п. 4.1. описана установка плоской пристенной струи.

В п. 4.2. описана измерительная техника, используемая в эксперименте. Продольная компонента скорости измерялась термоанемометром постоянной температуры фирмы БАШЕС, для выполнения измерений в струе использовался дистанционно управляемый координатник.

В п. 4.3. описываются результаты эксперимента по исследованию ближнего поля плоской пристенной струи в естественных условиях. Качественные данные о возникновении продольных вихрей на выходе из сопла плоской пристенной струи были получены из визуализации потока, которая показала местоположение продольных структур и их характерные размеры. На рис. 5 показаны картины визуализации плоской пристенной струи в двух плоскостях - перпендикулярно и параллельно направлению потока, на которых хорошо различимы продольные структуры. На рис. 6 показаны профили средней скорости, полученные из термоанемометрических измерений.

В п. 4.4. описываются результаты изучения искусственно генерируемых продольных структур при помощи термоанемометрических измерений. Для стабилизации трехмерных структур использовались шероховатости, которые помещались на выходе из сопла, и в этом случае, искусственно возбужденные продольные структуры появляются в фиксированных позициях. На рис. 7 и рис. 8

показаны результаты термоанемометрических измерений, полученные с элементами шероховатостей, в свободном слое сдвига и пограничном слое струи. Продольные структуры, полученные в естественных условиях в этих слоях, имеют разные поперечные размеры и появляются на различных расстояниях от сопла. Эти два ■рафика показывают изоповерхности дефекта и превышения средней скорости относительно осредненной в поперечном направлении. Возникают важные вопросы какой оптимальный размер продольных структур и как размер шероховатостей влияет на процесс генерации структур Для получения ответов на возникшие вопросы были проведены эксперименты, в которых использовались шероховатости различной ширины: 5, 7.5, 10, 12 мм. К внутренней поверхности верхней кромки сопла было приклеено по 4 шероховатости каждого размера. Рис 9 показывает получившееся распределение в верхнем слое сдвига Также изучалось влияние числа Рейнольдса на характеристики продольных структур. При сравнении данных, полученных при разных скоростях, было найдено, что увеличение скорости ведет к ускорению процесса перехода и уменьшению характеристического размера продольных структур.

В п. 4.5. описаны результаты акустического воздействия на продольные структуры. Было найдено, что частота вихрей Кельвина - Гельмгольца имеют сильное влияние на размер в поперечном направлении и амплитуду продольных вихревых структур.

П 4.6. посвящен результатам измерений характеристик плоской пристенной струи при помощи метода PIV (Particle Image Velocimetry) На рис 10 показан снимок плоскости YZ плоской пристенной струи (слева), изолинии F-компоненты скорости (справа сверху), векторное поле скоростей для V и W-компонснт скорости (справа снизу) при х = 102 мм.

В п. 4.6. сформулированы выводы, следующие из главы 4.

В пятой главе представлены результаты сравнения экспериментальных данных и теоретических расчетов, выполненных О. Левин и Д. Хеннингсон (КТН, Стокгольм), по изучению динамики развития плоской пристенной струи при высоком числе Рейнольдса.

В п. 5.1. описана экспериментальная установка, используемая в эксперименте.

П. 5.2. освещает метод генерации искусственно вводимых возмущений. Двумерные волны неустойчивости возбуждались громкоговорителем, расположенным примерно в двух метрах ниже по потоку от выходного отверстия сопла. Также исследовался другой тип возмущений, стационарные продольные структуры, которые вводились в поток элементами шероховатей определенной геометрии с высотой 40 /м. Определение расположения продольных структур проводилось при помощи измерений скорости в плоскости (Y2) на расстоянии двух или трех поперечных длин волн.

В п. 5.3. показана процедура обезразмеривания параметров потока.

В п 5 4 освещены результаты сравнения численных и экспериментальных исследований струи.

П. 5.4 1. показывает результаты сравнения основного течения, полученного численно и экспериментально. На рис 11 представлены профили средней скорости основного течения при х = 1.03, 1.21, 1 38, 1 55, линии соответствуют расчетным данным, символы (о) - экспериментальным, (х) нижней и верхней полуширинам <5„5 и {¡,. Можно заметить, что реальное течение стремится к теоретическому решению, и совпадение между экспериментом и теорией улучшается вниз по потоку.

В п. 5.4.2. показаны результаты исследований линейной устойчивости основного течения к двумерным собственным модам и немодальным продольным структурам. Была проведена серия экспериментов, в которой поток искусственно возбуждался акустическим воздействием, и изучались характеристики генерируемых волн неустойчивости в контролируемых условиях. На рис. 12 показаны амплитуда и распределение фазы двумерного возмущения для трех продольных координат х = 1.21, 1.38, 1.55 и трех амплитуд 0.3 % (о), 1.1 % (□) и 1.7 % (А) в сравнении с результатам расчета (-). Можно отметить, что совпадение экспериментальных данных и расчетов, выполненных в рамках линейной теории устойчивости очень хорошее, за исключением верхней области сдвигового слоя. Некоторое расхождение в результатах, наблюдаемое в указанной области, вероятнее всего связано с расхождением в основном течении, задаваемом в расчете и померенном в эксперименте. Многие исследования пристенных пограничных сдвиговых течений показывают, что трехмерные возмущения различного типа могут доминировать в процессе перехода, особенно в сильно возмущенном потоке. В данном эксперименте, стационарные продольные структуры вводятся в поток равномерно распределенными шероховатостями, которые расположены на верхней кромке сопла. В экспериментах генерировались поперечные размеры с ß от 0.175 до 0.574 шероховатостями с шириной от 1 до 3 мм. На рис. 13,слева показано спектральное разложение амплитуды продольной структуры для трех наибольших поперечных размеров, ß = 0.264 (о), ß = 0.218 (□) и /? = 0.176 (А) при X/ = 1.55. Из сравнения расчетных и экспериментальных оптимальных поперечных размеров можно сделать вывод, что расчетный размер чуть меньше, но все же достаточно близок к наблюдаемым в эксперименте. На рис. 14,справа сравниваются экспериментальное и расчетное продольное распределение амплитуды скорости возмущения при х/ = 1.55. Совпадение эксперимента и теории в данном случае очень хорошее. Распределение полученных в эксперименте и представленных на графике поперечных размеров возмущений для различных ß подобно, что наблюдается в расчетах для большого интервала размера структур. Оптимальное возмущение показано на рис. 14,слева при х=1, где изображена одна поперечная длина волны возмущения. На верхнем графике этого рисунка компоненты поперечной скорости показаны векторами, а на нижнем графике продольная компонента скорости показана контурами.

П. 5.4.3. показывает результаты сравнения прямого численного моделирования структур в плоской пристенной струе с экспериментом. На рис. 15 представлена визуализация нелинейных структур в плоской пристенной струе. На этой визуализации хорошо различимы продольные структуры и двумерные волны. В левой части рис. 15 лазерный нож расположен параллельно стенке, примерно в 5 мм от нее на рис. 15,а и около 10 мм от стенки на рис. 15,Ь. Справа на рис. 15 визуализация выполнена лазерным ножом, расположенным перпендикулярно к потоку и визуализируется область между волнами (рис. 15,с) а так же и сами волны (рис. 15,d). В поперечном сечении струи видно, что структуры имеют грибовидную форму. Прямое численное моделирование процесса взаимодействия продольных структур с двумерными волнами, поперечные сечения которого показано на рис. 16, показывает в деталях процесс трехмерного искажения двумерной волны и образование грибовидных структур. Как начальное условие моделирования возмущений использовались функции оптимальной продольной структуры и собственной моды.

П. 5.5. подводит итог главе 5 и содержит краткие выводы из главы.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы:

1. В результате детальной дымовой визуализации потока с использованием синхронизированного лазерного ножа было найдено, что продольные полосчатые структуры в дозвуковых круглой, плоской и плоской пристенной струях могут генерироваться непосредственно на выходе из сопла. Термоанемометрические измерения плоской пристенной струи подтверждают результаты визуализации.

2. Обнаружено, что механизм взаимодействия вихрей Кельвина - Гельмгольца с полосчатыми структурами, сгенерированными в пограничном слое сопла, представляет собой классический сценарий трехмерного искажения двумерной волны (кольцевого вихря) на неоднородностях потока (полосчатых структурах), развивающихся в сдвиговом слое струи. Процесс трехмерного искажения приводит к возникновению вихревых образований, которые выносятся в окружающее пространство и имеют в продольном сечении вид "лучей", а в поперечном -грибовидных структур. В области развития продольных структур имеет место интенсивный процесс смешения струи и окружающею воздуха.

3. Показано, что увеличение числа Рейнольдса на выходе приводит к ускорению турбулизации струи и уменьшению характеристического размера продольных структур*, что вызвано уменьшением толщины слоев сдвига. Уменьшение числа Рсйнольдса ведет к обратному явлению.

4. Найдено, что искусственное возбуждение двумерных волп Кельвина - Гельмгольца различной частоты оказывает влияние на размер в поперечном направлении и амплитуду продольных структур. Взаимодействие двумерной неустойчивости с трехмерными полосчатыми структурами позволяет ускорять или затягивать процесс турбулизации струи.

5. В результате проведения тестовых экспериментов и сравнения с теоретическими расчетами найдено, что пристенная струя может быть описана решением уравнений пограничного слоя в ближнем поле струи. Результаты эксперимента показали, что линейная теория устойчивости способна с удовлетворительной точностью предсказать наиболее возбуждающуюся частоту периодических волн и наиболее растущий размер продольной структуры. Сравнение результатов экспериментов с прямым численным моделированием показывает, что эют метод может качественно описать процесс возникновения и развития продольных структур.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Ларичкин В.В., Литвиненко М.В , Щербаков ВА. Экспериментальное исследование ¡ечения вокруг дзумерпого препятствия // Теплофизика и аэромеханика. - 2002. Т.9, №1.- С. 73-85.

2. Козлов В В , Грек Г.Р., Лефдаль Л., Чернорай В.Г., Литвиненко М.В. Роль продольных локализованных структур в процессе перехода к турбулентности в пограничных слоях и струях (обзор) // ПМТФ. 2002. Т. 43, № 2. - С. 62-76.

3. Litvinenko M.V., Chernorai V.G., Kozlov V V., Grek G.R. and Löfdahl L. Role of the streaky structures in a transition mechanism of the boundary layer and jets // Intern. Conf. on the Methods of Aerophysical Research: Proc. Part II. - Novosibirsk - 2002. -P.133-138.

4. Litvinenko M.V., Chernoray V.G., L6fdahl L., Kozlov V.V. A visualization study of the longitudinal structures of a plane wall-jet // The 7th Asian Symp. on Visualization. - Singapore, 2003. - P.153-159.

5. Litvinenko M.V., Kozlov V.V., Kozlov G.V., Grek GR. Streaky structures and breakdown mechanism of a round jet // The 5th Euromech Fluid Mechanics Conf.: Book of Abstract. - Toulouse, 2003. - P.31.

6. Litvinenko M.V. and L5fdahl L. Results of experimental investigation of laminar flow breakdown in jets // Conf. "Svenska Mekanikdagar": Book of Abstract. - Gotcborg, 2003.-P. 140.

7. Litvinenko M.V. On the formation and role of the longitudinal structures during the laminar breakdown process in jets // Thesis for the Degree of Licentiate in Engineering - Goteborg : Chalmers University of Technology, 2003. - P. 1-101.

8 Козлов Г.В., Литвиненко M.B. Исследование механизма турбулизации струи и роли продольных полосчатых структур в этом процессе // III Всероссийская конференция молодых ученых "Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии": Тезисы конф.- Новосибирск, 2003. - С. 3- 4.

9. Козлов В.В., Козлов Г.В., Грек Г Р., Литвиненко М.В. Влияние продольных полосчатых структур на процесс турбулизации круглой струи // ПМТФ - 2004. Т. 45, № 3. - С. 50-60.

10. Litvinenko M.V., Lofdaht L. On the formation and role of the longitudinal structures during the laminar flow breakdown in jets // Intern Conf. on the Methods of Aerophysical Research: Proc. Part II-Novosibirsk, 2004 - P. 125-129.

11 Литвиненко M.B. О формировании и роли продольных структур в плоской пристенной струе // IX Междунар. конф. "Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей": Тезисы конф - Новосибирск,

2004.-С. 99-101.

12. М.В. Литвиненко, Г.В. Козлов, Е.Е. Чередниченко. Влияние шевронов на образование продольных структур п круглой струе /! X Междунар конф "Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей": Тезисы конф. - Новосибирск, 2005. - С. 100-103.

П. Литвиненко М.В. Измерения характеристик пристенной струи с помощью PIV (particle image velocimetry) // X Междунар. конф "Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей": Тезисы конф. - Новосибирск,

2005. - С. 96-99.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ по ведущим научным школам (НШ-964.2003.1).

а Ь

-20 -10 0 10 20 -20 -10 0 10 20

у. шш V |пт

Рис. 1. Распределение средней скорости (а) и пульсаций скорости (б) поперек круглой струи на различных расстояниях от среза сопла ((/,*, = 4 м/с): 1 - 8 мм; 2-12 мм; 3-22 мм; 4 - 32 мм

Рис. 2. Результаты дымовой визуализации круглой струи в естественных условиях: а - общий вид; б, в - поперечные сечения струи (Ь - хМ = 0,3; с -х/Л =0,5)

Рис 3 Результаты дымовой визуализации круглой струи (а) и ее поперечного сечения на различных расстояниях от среза сопла (Ь-К)

Рис 4 Результаты дымовой визуализации поперечного сечения плоской струи на расстояниях 5, 25,45, 65 и 85 мм от среза сопла (слева направо).

Рис. 5. Дымовая визуализация течения пристенной струи в естественных условиях, сечение Х2 (слева) и сечение ЧЪ (справа). Сопло расположено сзади.

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 6 0.7 0 8 0.9 1

и/и™.

Рис. 6. Профили средней скорости при 11,= 8 м/с, (°) х = 1мм, (□)*= 51 мм.

Рис. 7. Продольные структуры в свободном слое сдвига показаны изоповерхиостями дефекта средней скорости (темно-серый цвет) и превышения (светло -серый).

Рис. 8. Продольные структуры в пограничном слое показаны изоповерхиостями дефекта средней скорости (темно-серый цвет) и превышения (светло-серый).

Рис. 9. Продольные структуры созданные шероховатостями в свободном слое сдвига с различной периодичностью. Изоповерхности дефекта средней скорости показаны светло серым цветом, превышение темно серым цветом.

АО АО -20 О 2> VI (г

Рис. 10. Снимок уг-плоскости течения (слева), изолинии К-компоненты скорости (справа сверху), векторное поле скоростей для V и IV-компонент скорости (справа снизу), дг=120мм.

г = 1 03 т = 1.21 х = 1 38 г = 1 55

Рис. 11. Сравнение расчетного основного течения (-) для Яе{=173 с экспериментальными результатами (о) на расстоянии 1, 6, 11, 16мм от выхода сопла вниз по потоку (на графике показаны безразмерные координаты).

I = 1 21 .1 = 1 /• = 1 5 Г,

Рис. 12. Сравнение вычисленной (-) амплитуды и-компоненты скорости, обезразмеренная на ее максимальную величину, и фазовое распределение ви для F=482 с экспериментальными результатами при я=1 21, 1.38, 1.55. Возмущение возбуждено динамиком при 1221 Гц. амплитуды' 0 3% (о),1.1%(о)и 1 7% (Д) при 1= 1.55

0 07

004 -

м

I 1.......т 0 1 ОНА Л'' |] 1

ДМ 1 1 /1 1 1

ИМ1 Ч" * гф д * у У ® ° * Л - ■О. 8 9®.

1 1 г

Рис !3. Счева' Спектральное разложение амплитуды продольной структуры для трех длин волн позади шероховатостей шириной 3 мм (о), 2.5 мм (□) и 2 мм (Д). Справа: Оптимальный рост для со = 0, х0 = 0.403 их / = 1.55, полученный из расчетов.

Рис. 14 Слева: Оптимальное возмущение в поперечном сечении, посчитанное по теории алгебраической неустойчивости Справа' экспериментальное и расчетное продольное распределение амплитуды скорости возмущения для ß = 0 264 (о), ß = 0.218 (□) и ß = 0.176 (Д).

Рис 15 Дымовая визуализация нелинейных структур в плоской пристенной струе. Лазерный нож расположен параллельно стене (слева) и перпендикулярно потоку (справа).

•г = 1.05 .с = 2.03

Рис. 16. Поперечное сечения трехмерной визуализации, полученной прямым численным моделированием Контуры положительной (-) и отрицательной (-) продольной компоненты скорости.

Ответственный за выпуск М.В. Литвиненко Подписано в печать 5.05.2005

Формат бумаги 60 * 84/16, Усл. печ. л. 1.0, Уч.-изд. л. 1.0, Тираж 100 экз., Заказ №4

Отпечатано на ризографе ЗАО "ИНТЕРТЕК" 630090, Новосибирск, Институтская, 4/1

»1052/

РНБ Русский фонд

2006-4 8351

Введение.:.■.:•.

Глава 1. История и состояния исследуемого вопроса.

1.1 Ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое.

1.2 Ламинарно-турбулентный переход в слоях смешения и струях.

1.3. Контроль за процессами смешения в струях.

Глава 2. Экспериментальное исследование продольных структур в круглой осесимметричной струе и их роли в процессе ламинарно-турбулентного перехода.

2.1. Экспериментальная установка и методика измерений.

•• 2.2. Влияние продольных структур на процесс турбулизации струи.

2.2.1. Визуализация течения в осесимметричной круглой струе.

2.2.2. Эксперимент без введения контролируемых возмущений.

2.2.3. Эксперимент с введением контролируемых возмущений.

2.3. Выводы.

Глава 3. Экспериментальное исследование продольных структур в плоской струе.

3.1. Экспериментальная установка и метод исследования.

3.2. Визуализация течения в плоской струе.

3.3. Выводы. ф Часть 4. Экспериментальное исследование продольных структур в плоской пристенной струе и их роли в процессе ламинарно-турбулентного перехода.

4.1. Экспериментальная установка.

4.2. Измерительная техника.

4.3. Ближнее поле плоской пристенной струи в естественных условиях.

4.4. Изучение искусственно генерируемых продольных структур при помощи термо-анемометрических измерений.'.

4.5. Акустическое воздействие на продольные структуры.

4.6. Исследование плоской пристенной струи при помощи метода PIV.

4.7. Выводы.

Глава 5. Плоская пристенная струя: сравнение результатов расчета и эксперимен

5.1. Экспериментальная установка.

5.2. Введение искусственных возмущений.

5.3. Обезразмеривание параметров потока.

5.4. Результаты.

5.4.1. Сравнение расчетного и экспериментального основного течения.

5.4.2. Линейная устойчивость.

5.4.3. Структуры потока.

5.5. Выводы.

Актуальность темы Физика смешения в струях представляет значительный интерес как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. Интенсивность и однородность перемешивания имеют большое влияние на эффективность сгорания, коэффициент теплопередачи, формирование отработанных веществ и шум струи. Так же струи могут использоваться, например, для охлаждения лопаток газовых турбин и различных электронных устройств, а также для управления пограничным слоем на крыле.

В ламинарных струях профили средней скорости перегибные, что приводит к формированию вихрей Кельвина — Гельмгольца, которые являются основной неустойчивостью слоев сдвига, причем начальная стадия развитая вихрей обычно хорошо описы-• вается линейной теорией устойчивости. Нелинейная стадия характеризуется насыщением амплитуды и спариванием вихрей из-за резонанса возмущений с суб- и супергармониками. Дальнейшее развитие нелинейных структур часто сопровождается появлением продольных (вытянутых по потоку) вихревых структур. Их формирование обычно связывают с так называемой вторичной трехмерной неустойчивостью вихрей Кельвина — Гельмгольца. Эксперименты показывают, что динамика этих структур играет важную роль в процессе смешения в дальнем следе струи.

Другие продольные возмущения, которые часто могут развиваться в слое сдвига струи, возникают за неровностями поверхности сопел. Они представляют собой области квазистационарных трехмерных деформаций преимущественно продольной скорости в сдвиговом потоке, имеющих характерный вид "полосок" на картинах визуализации. ^ Причина их появления не связана с вторичной неустойчивостью вихрей Кельвина -Гельмгольца. Эти структуры возникают в результате эффектов установления при развитии компактных трехмерных возмущений нормальной компоненты скорости даже малой амплитуды. Такие продольные структуры подвержены интенсивному взаимодействию с другими возмущениями потока, например с волнами неустойчивости, что, как правило, ускоряет турбулизацию течения. Эта особенность делает полосчатые структуры перспективным агентом для улучшения смешения и управления потоком в струях.

Продольные структуры в пристенных потоках - предмет исследования множества работ. В то же время, исследования процесса возникновения и развития продольных структур в струйных течениях начаты лишь недавно и проводились только при естест-V венных условиях, без возможности их контроля.

Исследование указанной проблемы представляет интерес ввиду широкого применения струйных течений в практических приложениях.

Цель работы заключалась в экспериментальном изучении механизмов генерации и развития продольных структур в дозвуковых круглой, плоской и плоской пристенной струях при помощи методов визуализации, термоанемометрии и метода PIV, а так же их роли в процессе ламинарно-турбулентного перехода в контролируемых условиях. Изучались: влияние различных размеров шероховатостей на возникновение продольных структур; влияние числа Рейнольдса и акустического поля на развитие продольных вихревых структур и их характеристические размеры. Так же проводилось сравнение результатов экспериментов по плоской пристенной струе с результатами вычислений по линейной теории и прямого численного моделирования (О. Левин, Д. Хеннингсон).

Научная новизна

- впервые из результатов дымовой визуализации были получены качественные данные о местоположении продольных структур и их поперечные размеры.

- обнаружено влияние числа Рейнольдса на формирование и развитие продольных структур. Было найдено, что увеличение скорости течения ведет к ускорению процесса ламинарно-турбулентного перехода и уменьшению поперечного размера продольных структур. При уменьшении скорости наблюдалось обратное явление. Этот факт может быть связан с изменение толщины свободного слоя сдвига при изменении числа Рейнольдса.

- впервые изучено влияние частоты вихрей Кельвина — Гельмгольца на генерацию и характеристики продольных возмущений. Искусственное возбуждение неустойчивости Кельвина - Гельмгольца в свободном слое сдвига показало, что частота двумерных вихрей влияет на характерный размер и амплитуду продольных вихревых структур. Взаимодействие этих двух видов неустойчивостей может ускорять или затягивать процесс турбулизации струи.

Научная и практическая ценность состоит в том, что в работе на новом уровне изучена структура струйных течений, получена принципиально новая информация о формировании и развитии продольных вихревых структур в струях, их взаимодействии с двумерной неустойчивостью Кельвина — Гельмгольца, что может быть использовано и используется для верификации теоретических подходов, а также для создания более совершенных методов расчета и прямого численного моделирования. Полученные данные имеют практический интерес для специалистов, занимающихся управлением процессов массо- и теплообмена струйных течений.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения, списка литературы из 102 наименований, изложена на 124 страницах, включая 80 рисунков. Pell зультаты диссертации опубликованы в работах, список которых представлен на страницах 55-56.

5.5. Выводы

В результате проведения тестовых экспериментов и сравнения с теоретическими расчетами найдено, что пристенная струя может быть описана решением уравнений пограничного слоя в ближнем поле струи.

Результаты эксперимента показали, что линейная теория устойчивости способна с удовлетворительной точностью предсказать наиболее возбуждающуюся частоту периодических волн и наиболее растущий размер продольной структуры. Сравнение результатов экспериментов с прямым численным моделированием показывает, что этот метод может качественно описать процесс возникновения и развития продольных структур.

Заключение

1. В результате детальной дымовой визуализации потока с использованием синхронизированного лазерного ножа было найдено, что продольные полосчатые структуры в дозвуковых круглой, плоской и плоской пристенной струях могут генерироваться непосредственно на выходе из сопла. Термоанемометрические измерения плоской пристенной струи подтверждают результаты визуализации.

2. Обнаружено, что механизм взаимодействия вихрей Кельвина - Гельмгольца с полосчатыми структурами, сгенерированными в пограничном слое сопла, представляет собой классический сценарий трехмерного искажения двумерной волны (кольцевого вихря) на неоднородностях потока (полосчатых структурах), развивающихся в сдвиговом слое струи. Процесс трехмерного искажения приводит к возникновению вихревых образований, которые выносятся в окружающее пространство и имеют в продольном сечении вид "лучей", а в поперечном - грибовидных структур. В области развития продольных структур имеет место интенсивный процесс смешения струи и окружающего воздуха.

3. Показано, что увеличение числа Рейнольдса на выходе приводит к ускорению турбулизации струи и уменьшению характеристического размера продольных структур, что вызвано уменьшением толщины слоев сдвига. Уменьшение числа Рейнольдса ведет к обратному явлению.

4. Найдено, что искусственное возбуждение двумерных волн Кельвина - Гельмгольца различной частоты оказывает влияние на размер в поперечном направлении и амплитуду продольных структур. Взаимодействие двумерной неустойчивости с трехмерными полосчатыми структурами позволяет ускорять или затягивать процесс турбулизации струи.

5. В результате проведения тестовых экспериментов и сравнения с теоретическими расчетами найдено, что пристенная струя может быть описана решением уравнений пограничного слоя в ближнем поле струи. Результаты эксперимента показали, что линейная теория устойчивости способна с удовлетворительной точностью предсказать наиболее возбуждающуюся частоту периодических волн и наиболее растущий размер продольной структуры. Сравнение результатов экспериментов с прямым численным моделированием показывает, что этот метод может качественно описать процесс возникновения и развития продольных структур.

1. Boiko А. V., Grek G.R., Dovgal A.V., and Kozlov V.V. The origin of turbulence in near-wall flows. // Springer-Verlag, Berlin Heidelberg. - 2002.

2. Ellingsen T. and Palm E. Stability of linear flow. Phys. Fluids, 18(4):487-488, April 1975.

3. Mack. L.M. Transition prediction and linear stability theory. In AGARD-CP-224, pages 1-1 to 1-22, Paris, 1977. NATO.

4. Arnal. D. Boundary layer transition: Predictions based on linear theory. Technical Report 193, AGARD, 1994.

5. Klebanov P.S., Tidstrom K.D., and Sargent L. M. The three-dimensional nature of boundary layer instability. J. Fluid Mech., 12:134, 1962.

6. Kachanov Y.S. and Levchenko V.Y. The resonant interaction of disturbances at laminar-turbulent transition in a boundary layer. J. FluidMech., 138:209-247, 1984.

7. Bertolotti F.P., Herbert Th., and Spalart P.R. Linear and nonlinear stability of the Blasius boundary layer. J. Fluid Mech., 242:441-474, 1992.

8. Kachanov Y. S., Kozlov V. V., and Levchenko V. Y. Noninear development of a wave in a boundary layer. Izv. Akad. Nauk SSSR Mekh. Zhid. Gaza, 3:49-58, 1977. in Russian.

9. Berlin S. Oblique waves in boundary layer transition. PhD thesis, KTH, 1998.

10. Kachanov Yu. S. Physical mechanisms of laminar-boundary-layer transition. Annu. Rev. Fluid Mech., 26:411-482,1994.

11. Ito A. Breakdown structure of longitudinal vortices along a concave wall; on the relation of horseshoe-type vortices and fluctuating flows. J. Japan Soc. Aero. Space Sci., 36:274-279, 1988.

12. Gregory N., Stuart J.T., and Walker W.S. On the stability of threedimensional boundary layers with application to the flow due to a rotating disc. Philos. Trans. Roy. Soc. Lond. Ser. A, 248:155-199, 1955.

13. Matsson O.J.E. and Alfredsson P.H. Curvature- and rotation-induced instabilities in channel flow. J. Fluid Mech., 210:537-563, 1990.

14. Klebanov P.S. Effect of freestream turbulence on the laminar boundary layer. Bull. Am. Phys. Soc., 10:1323, 1971.щ

15. Westin К.J.A., Boiko A.V., Klingmann B.G.B., Kozlov V.V., and Alfredsson P.H. Experiments in a boundary layer subjected to free stream turbulence. Part 1. Boundary layer structure and receptivity. J. Fluid Mech., 281:193(218, 1994.

16. Schoppa W. and Hussain F. Coherent structure generation in near-wall turbulence. J. Fluid Mech., 453:57-108, 2002.

17. Van Driest E.R. and Blumer C.B. Boundary layer transition: Freestream turbulence and pressure gradient effects. AIAA J., 1:1303-1306, 1963.

18. Boiko A.V., Westin K.J.A., Klingmann B.G.B., Kozlov V.V., and Alfredsson P.H. Experiments in a boundary layer subjected to free stream turbulence. Part 2. The role of TS-waves in the transition process. J. Fluid Mech., 281:219-245,1994.

19. Matsubara M. and Alfredsson P.H. Disturbance growth in boundary layers subjected to free-stream turbulence. J. Fluid Mech., 430:149-168,2001.

20. Henningson D.S., Lundbladh A., and Johansson A.V. A mechanism for bypass transition from localized disturbances in wall-bounded shear flows. J. Fluid Mech., 250:169-238, 1993.

21. Boiko A. V., Kozlov V. V., Syzrantsev V. V., and Scherbakov V. A. Experimental investigation of the transition process at an isolated stationary disturbance in swept wing boundary layer. Appl. Mech. And Techn. Phys., 36(l):72-84, 1995. In Russian.

22. Andersson P., Brandt L., Bottaro A., and Henningson D.S. On the breakdown of boundary layer streaks. J. Fluid Mech., 428:29-60, 2001.

23. Asai M., Minagawa M., and Nishioka M. The instability and breakdown of a near-wall low-speed streak. J. Fluid Mech., 455:289-314, 2002.

24. Skote M., Haritonidis J.H., and Henningson D.S. Varicose instabilities in turbulent boundary layers. Phys. Fluids, 14(7):2309-2323, 2002.

25. Tani I. and Aihara Y. Goertler vortices and boundary layer transition. ZAMP, (20):609, 1969.

26. Kohama Y. Some expectation on the mechanism of cross-flow instability in a swept wing flow. Acta Mech., 66(21), 1987.

27. Malik M.R., Li F., Choudhari M.M., and Chang C.-L. Secondary instability of crossflow vortices and swept-wing boundary-layer transition. J. Fluid Mech., 399:85(115, 1999.

28. Hogberg M. and Henningson D. Secondary instability of crossflow vortices in falkner-skan-cooke boundary layers. J. Fluid Mech., 368:339-357, 1998.

29. Janke E. and Balakumar P. On the secondary instability of threedimensional boundary layers. Theor. and Сотр. Fluid Dyn., 14:167-194, 2000.

30. Boiko A. V., Kozlov V. V., Sova V. A., and Scherbakov V. A. Generation of streamwise structures in a boundary layer of a swept wing and their secondary instability. Thermophysics and Aeromechanics, 7(l):25-35,2000.

31. Kozlov V.V., Sova V.A., and Shcherbakov V.A. Experimental investigation of the development of secondary perturbations on a swept wing. Fluid Dynamics, 36(6):909-914, 2001.

32. Boiko A. V., Kozlov V. V., Syzrantsev V. V., and Scherbakov V. A. Experimental investigation of high frequency secondary disturbances in swept wing boundary layer. Appl. Mech. and Techn. Phys., 36(3):74-83, 1995. In Russian.

33. Boiko A. V., Kozlov V. V., Syzrantsev V. V., and Scherbakov V. A. A study of the influence of internal structure of a streamwise vortex on the development of traveling disturbances inside it. Thermophysics and Aeromechanics, 4(4):343-354, 1997.

34. Wassermann P. and Kloker M. Mechanisms and passive control of crossflow-vortex-induced transition in a three-dimensional boundary layer. J. Fluid Mech., 456:49-84, 2002.

35. White E.B. and Saric W.S. Secondary instability of crossflow vortices. J. Fluid Mech. (submitted), 2003.

36. Masad J. A. and Nayfeh A. H. Effect of suction on the instability of compressible boundary layers. Phys. Fluids A, 3:2179-2190, 1991.

37. Mughal M.S. Active control of instabilities in three-dimensional compressible flows. Theor. and Сотр. Fluid Dyn., 12:195-217, 1998.

38. Walther S., Airiau C. and Bottaro A. Optimal control of tollmien-schlichting waves in a developing boundary layer. Phys. Fluids, 13:2087-2096, 2001.

39. Boiko A. V., Kozlov V. V., Syzrantsev V. V., and Scherbakov V. A. Active control over secondary instability in a three-dimensional boundary layer. Thermophysics and Aeromechanics, 6(2): 167-178, 1998.

40. Litvinenko Yu.A., Kozlov V.V., Chernoray V.G., and Loefdahl L. Control of cross-flow instability on a swept wing by suction. Thermophysics and Aeromechanics (submitted), 2003.

41. Mochizuki M. Smoke observation on boundary layer transition caused by a spherical roughness element. J.Phys. Soc. Japan, 16:995-1012, 1961.

42. Acarlar M.S. and Smith C.R. A study of hairpin vortices in a laminar boundary layer. Part 1. Hairpin vortices generated by hemisphere protuberances. J. Fluid Mech., 175:1-41, 1987.

43. Klebanov P.S., Cleveland W.G. and Tidstrom K.D. On evolution of a turbulent boundary layer induced by a three-dimensional roughness element. J. Fluid Mech., 237:101-113, 1992.

44. Abu-Ghannam В J. and Shaw R. Natural transition of boundary layers the effects of turbulence, pressure gradient, and flow history. J. Mech. Eng. Sci., 22(5):213-228, 1980.

45. Ho C. and Huerre P. Perturbed free shear layers. Annu. Rev. Fluid Mech., 16:365-424, 1984.

46. Crow S.C. and Champagne F.H. Orderly structure in jet turbulence. J. Fluid Mech., 48:547591, 1971.

47. Yule A.J. Large-scale structure in the mixing layer of a round jet. J. Fluid Mech., 89:413432,1978.

48. Lau J.C. and Fisher M.J. The vortex-street structure of "turbulent" jets. J. Fluid Mech., 67:299-337,1975.

49. Bajura R. A. and Catalano M. R. Transition in a two-dimensional plane wall jet. J. Fluid Mech., 70(4):773-799, 1975.

50. Gogineni S., Visbal M. and Shih C. Phase-resolved PIV measurements in a transitional plane wall jet: a numerical comparison. Experiments in Fluids, 27:126-136, 1999.

51. Amitay M. and Cohen J. Instability of a two-dimensional plane wall jet subjected to blowing or suction. J. Fluid Mech., 344:67-94, 1997.

52. Seidel J. and Fasel H. F. Numerical investigations of heat transfer mechanisms in the forced laminar wall jet. J. Fluid Mech., 442:191-215,2001.

53. Likhachev O., Quintana D. and Wygnanski I. On the stability of a laminar wall jet with heat transfer. Flow, Turbulence and Combustion, 62:137-162, 1999.

54. Lasheras J. S.,. Cho J. С and Maxworthy T. On the origin and evolution of streamwise vortical structures in a plane, free shear layer. J. Fluid Mech., 172:231-258, 1986.

55. Bemal L. P. and Roshko A. Streamwise vortex structure in plane mixing layers. J. Fluid Mech., 170:499-525,1986.

56. Metcalfe R. W., Orszag S. A., Brachet M. E., Menon S. and Riley J. J. Secondary instability of a temporally growing mixing layer. J. Fluid Mech., 184:207-243, 1987.

57. Balaras E., Piomelli U. and Wallace J.M. Self-similar states in turbulent mixing layers. J. Fluid Mech., 446:1-24,2001.

58. Stanley S.A., Sarkar S. and Mellado J.P. A study of the flow-field evolution and mixing in a planar turbulent jet using direct numerical simulation. J. Fluid Mech., 450:377,2002.Ф

59. Liepmann D. and Gharib M. The role of streamwise vorticity in the near-field entrainment of round jets. J. Fluid Mech., 245:643-668, 1992.

60. Brancher P., Chomaz J.M. and Huerre P. Direct numerical simulation of round jets: Vortex induction and side jets. Phys. Fluids, 6:1768, 1994.

61. Citrinity J.H. and George W.K. Reconstruction of the global velocity field in the axisym-metric mixing layer utilizing the proper orthogonal decomposition. J. Fluid Mech., 418:137166, 2000.

62. Lin S.J. and Corcos G.M. The mixing layer: deterministic models of a turbulent flow. Part 3. The effect of plain strain on the dynamics of streamwise vortices. J. Fluid Mech., 141:139178, 1984.

63. Ни H., Saga Т., Kobayashi T. and Taniguchi N. A study on a lobed jet mixing flow by us-ф ing stereoscopic particle image velocimetry technique. Phys. Fluids, 13:3425-3441, 2001.

64. Zaman K.B.M.Q. Axis switching and spreading of an jet: The role of coherent structure dynamics. J. Fluid Mech., 316:1, 1997.

65. Kuchar A.P. and Chamberlin R. Scale model perfomance test investigation of exhaust system mixers for an energy efficient engine (E3). AIAA Paper 80, 1980.

66. Presz W.M., Reynolds G., and McCormicn D. Thrust augmentation using mixer-ejector-diffuser system. AIAA Paper 94, 1994.

67. Power G.D., McClure M.D., and Vinh D. Advanced IR suppresser design using a combined CFD/Test approach. AIAA Paper 94, 1994.

68. Ни H., Saga Т., Kobayashi Т., Taniguchi N., Liu H. and Wu S. Research on the rectangular lobed exhaust ejector/mixer systems. Trans. Jpn. Soc. Aeronautics Space Sci., 41:187, 1999.m

69. Smith L.L., Majamak A.J., Lam I.T., Delabroy 0., Karagozian A.R. Marble F.E, and Smith O.I. Mixing enhancement in a lobed injector. Phys. Fluids, 9:667, 1997.

70. Paterson R.W. Turbofan forced mixer nozzle flow field A benchmark experimental study. ASME J. Eng. Gas Turbines Power, 106:692, 1984.

71. McCormic D.C. and Bennett J.C. Vortical and turbulent structure of a lobed mixer free shear layer. 32:1852,1994.

72. Demare D. and Baillot F. The role of secondary instabilities in the stabilization of a nonpreximed lifted jet flame. Phys. Fluids, 13(9): 2662-2670,2001.

73. Drazin P.G., Reid W.H. Hydrodynamic stability. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1981.

74. Bernal L.P., Roshko A. Streamwise vortex structure in plane mixing layer // J.Fluid Mech. 1989. V 170. P. 499-519.

75. Lasheras J. C., Cho J.S., Maxworthy T. On the origin and evolution of streamwise vertical structures in plane free shear layer // J. Fluid Mech. 1989.V. 172. P. 231-247.

76. Liepman D., Gharib M. The role of streamwise vorticity in the near-field of round jet // J. Fluid Mech. 1992. V. 245. P. 643-668.

77. Monkewitz P.A., Lehmann В., Barsikow В., Bechert D. W. The spreading of self-exited hot jets by side jets // Phys. Fluids. 1989. N 1. P. 446-456.

78. Monkewitz P.A. and Pfizenmaier E. Mixing by side jets in strongly forced and self-excited round jets. Phys. Fluids A, 3:1356, 1991.

79. Abid M. Simulation numeriques directes de la dynamique de transition tridimensionnelle des jets axisymetriques: Ph.D. thesis. Paris, 1993.

80. Brancher P., Chomaz J.M., Huerre P. Direct numerical simulation of round jets: Vortex induction and side jets // Phys. Fluids. 1994. № 6.P.1768-1775.

81. Metcalfe RW., Orszay S. A., Branchet M. E., et al. Secondary instability of a temporally growing mixing layer // J.Fluid Mech. 1987. V. 184. P. 207-219.

82. Crow S. C., Champagne F. H. Orderly structure in jet turbulent // J. Fluid Mech. 1971. V.48.P.547-591.

83. Zaman K.B.M.Q. and Hussain A.K.M.F. Turbulence suppression in free shear flows by controlled excitation. J. Fluid Mech., 103:133, 1981.

84. Hussain A.K.M. and Hasan M.A.Z. Turbulence suppression in free turbulent shear flows under controlled excitation. Part 2. J. Fluid Mech.,150:159, 1985.т

85. Chao Y.C., Yuan Т. and Tseng C.S. E®ects of flame lifting and acoustic excitatiob on the reduction of NOx emissions. Combust. Sci. Technol,113:49,1996.

86. Гиневский A.C., Власов E. В., Каравосов P.K. Акустическое управление турбулентными струями. М.: Наука, 2001.

87. Ван-Дайк М. Альбом течений жидкости и газа. М.: Мир, 1986.

88. Козлов В.В., Грек Г.Р., Лефдал Л. и др. Роль продольных локализованных структур в процессе перехода к турбулентности в пограничных слоях и струях (обзор). ПМТФ. 2002. Т. 43, № 2. С. 62-76.

89. Klebanoff P.S., Tidstrom K.D., Sargent L.M. The three-dimensional nature of boundary layer instability // J. Fluid Mech. 1962. V. 12, pt. 1. P. 1-34.

90. Zharkova G.M., Zanin B.Y., Kovrizhina V.N., and Brylyakov A.P. Free stream turbulence effect on the flow structure over the finite span straight wing. Journal of Visualization, 5(2), 2002.

91. Westin K.J.A., Boiko A.V., Klingmann B.G.B., Kozlov V.V., Alfredsson P.H. Experiments in a boundary layer subjected to free stream turbulence. Part 1. Boundary layer structure and receptivity, J. Fluid Mech., 1994. V. 281. P. 193-218.

92. Boiko A.V., Dovgal A.V., Grek G.R., Kozlov V.V. The origin of turbulence in near-wall flows. Berlin: Springer-Verlag, 2002. 270 p.

93. Chernoray V. and Loefdahl L. A hot wire visualization study of K-type breakdown in adverse pressure gradient boundary layer. Exps. Fluids, 2003.

94. Glauert M. B. The wall jet. J. Fluid Mech., 1:625-643, 1956.

95. Schlichting H. Boundaiy-layer theory. Mc-Graw Hill, 7 edition, 1979.

96. Monkewitz P. A. and Huerre P. Influence of the velocity ratio on the spatial instability of mixing layers. Phys. Fluids, 25(7): 1137-1143, July 1982.

97. Andersson P., Berggren M. and Henningson D.S. Optimal disturbances and bypass transition in boundary layers. Phys. Fluids, 11(1):134-150, 1999.

98. Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

99. В.В. Ларичкин, М.В. Литвиненко, В.А. Щербаков. Экспериментальное исследование течения вокруг двумерного препятствия. Теплофизика и аэромеханика, 2002, т.9, №1, стр. 73-85.

100. В.В. Козлов, Г.Р. Грек, Л. Лефдаль, В.Г. Чернорай, М.В. Литвиненко. Роль продольных локализованных структур в процессе перехода к турбулентности в пограничных слоях и струях (обзор). ПМТФ, 2002, т. 43, No2, стр.62-76.

101. M.V. Litvinenko, V.G. Chernoray, L. Lofdahl and V.V. Kozlov. A Visualization Study of the Longitudinal Structures of a Plane Wall-Jet. The 7th Asian Symposium on Visualization, November, 2003, Singapore, pp.153-159.

102. M.V. Litvinenko, V.V. Kozlov, G.V. Kozlov and G.R. Grek. Streaky structures and breakdown mechanism of a round jet. The 5th Euromech Fluid Mechanics Conference, 24-28 August, 2003, Toulouse, France, book of abstract, p.31.

103. Maria V. Litvinenko and Lennart Lofdahl. Results of Experimental Investigation of Laminar Flow Breakdown in Jets. Svenska Mekanikdagar, 13-15 Augusti, 2003, Gote-borg, Sweden, p. 140.

104. M.V. Litvinenko. On the formation and role of the Longitudinal structures during the laminar breakdown process in jets. Thesis for the degree of licentiate in engineering, 2003, Chalmers University of Technology, Goteborg, Sweden, pp. 1-101.

105. В.В. Козлов, Г.В. Козлов, Г.Р. Грек, М.В. Литвиненко. Влияние продольных полосчатых структур на процесс турбулизации круглой струи. ПМТФ, 2004, т. 45, No3, стр. 50-60.

106. М.В. Литвиненко. О формировании и роли продольных структур в плоской пристенной струе. Тезисы конференции "Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей", 2004, Новосибирск, выпуск 9, стр. 99-101.

107. М.В. Литвиненко. Измерения характеристик пристенной струи с помощью PIV (particle image velocimetry). Тезисы конференции "Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей", 2005, Новосибирск, выпуск 10, стр. 96-99.