Гидравлическая неустойчивость потока в трубе Ранка

Экспериментально установлено, что в вихревой трубе выполнено гидравлическое условие кризиса течения, состоящее в достижении продольной скоростью значения скорости распространения упругих центробежных волн на границе пристеночного закрученного потока и циркуляционной зоны. Указан неизвестный ранее механизм нагревания потока вблизи стенки, связанный с развитием неустойчивости.

Эволюция окружной (Vφ), осевой (Vz ) и критической (W) скоростей на границе циркуляционной зоны и нагреваемого потока (r1) вдоль трубы радиуса R (µ=0,3; π=6).

Эволюция температуры вдоль вихревой трубы вблизи стенки (µ=0,3; π=6).

Экспериментально исследовано течение в противоточной трубе Ранка с квадратным сечением рабочего канала. Построена подробная карта режимов, мало возмущающими датчиками измерена эволюция вдоль трубы осредненных профилей температуры, а методом ЛДА измерены поля осредненных окружной и осевой скоростей. В результате анализа комплекса экспериментальных данных впервые показано: при достижении порогового значения степени расширения воздуха π=5 происходит «дозвуковое запирание» по объемному расходу на входе, который с повышением степени расширения перестает меняться, при этом массовый расход продолжает расти; при достижении порогового значения степени расширения π=5 перестает меняться кинематическая структура потока в трубе; впервые проведенный анализ течения в рамках гидравлической концепции сильно закрученного потока с циркуляционной зоной показал, что в вихревой трубе выполнено  условие кризиса течения, состоящее в достижении  осевой скоростью значения скорости распространения центробежных волн на границе пристеночного вихря и циркуляционной зоны.

Изменение температуры вдоль потока главным образом происходит именно в той области рабочего канала, в которой V_Z/W на границе пристеночного вихря и циркуляционной зоны колеблется относительно единичного значения. Тем самым выявлен неизвестный ранее механизм нагрева потока вблизи стенки, связанный с развитием гидравлической неустойчивости, что открывает новое направление исследований механизма разделения в вихревой трубе.

ИТ СО РАН, зав. лаб., д. ф.-м. н., проф., Яворский Н.И.,  г.н.с., д.т.н. Меледин В.Г., с.н.с., к.ф.-м. н. Правдина М.Х. , с.н.с., к.т.н. Кабардин И.К., с.н.с. Павлов В.А., м.н.с. Куликов Д.В., м.н.с. Полякова В.И., асп. Гордиенко М.Р., тел. (383)330-90-60.