Определение параметров винтовых вихрей в сильно закрученном турбулентном потоке

Работа посвящена экспериментальному исследованию сильно закрученного потока с формированием прецессирующего вихревого ядра. В настоящий момент в научной литературе интерес к явлению прецессии вихревого ядра связан с развитием экспериментальных методов, а также численного моделирования, так как они позволяют получить новую информацию о внутренней структуре потока в трехмерном пространстве и во времени, в том числе в условиях горения. Наряду с этим, актуальным является развитие аналитических подходов, таких как модель винтового вихря, к описанию ПВЯ. Использование таких моделей способствует, с одной стороны, более глубокому пониманию физических механизмов, ответственных за динамику ПВЯ, с другой стороны, это оказывается полезно в параметрических инженерных задачах для оптимизации геомет-рии устройства, т.к. не требует значительных компьютерных ресурсов и длительного времени расчёта.

В работе впервые даны оценки вихревых параметров, таких как шаг винтовой структуры, радиус прецессии, радиус ядра вихря, циркуляция. Оценки были сделаны различными альтернативными подходами, в том числе с помощью фазового осреднения распределений скорости на различной высоте над соплом, разложения на ортогональные моды (POD), с помощью скалярных функций Графтье из всей статистики PIV эксперимента, а также на основании распределений пульсаций давления, полученных с помощью акустических датчиков. Число Струхаля, рассчитанное по модели винтового вихря, показало оценку частоты с точностью 20% от экспериментально зарегистрированной, что можно считать удовлетворительным результатом, т.к. модель предполагает значительные допущения (винтовая симметрия, отсутствие вязкости, постоянное распределение завихренности внутри вихревого ядра). С помощью ЛДА системы и акустических датчиков давления выделены режимы с формированием ПВЯ, в том числе в реагирующих условиях. Выявлено, что в условиях реагирующего потока, за счёт заполнения центральной рециркуляционной зоны горячими продуктами горения, существенно подавляется эффект прецессирующего вихревого ядра. Это свидетельствует об уменьшении радиуса прецессии более чем в 3 раза. Установлено, что в таких режимах прецессия тем не менее присутствует, внося заметную когерентную составляющую в распределения пульсаций скорости.

ИТ СО РАН, д. ф.-м. н. Шторк С.И., н. с., к. ф.-м. н. Литвинов И.В.,  м. н. с. Шараборин Д.К., тел.: 8(383)333-10-94.