Локальная ламинаризация в пограничном слое со слабым отрицательным градиентом давления

Численное моделирование показало, что слабый отрицательный градиент давления и разность плотности газа между стенкой и основным потоком приводит к возникновению ламинаризованной области вблизи стенки. При этом пограничный слой состоит из пристенной ламинарной части и внешней турбулентной части. Это приводит к снижению коэффициентов трения и тепломассообмена.
На основе достаточно простого анализа интегрального соотношения им-пульсов для турбулентного пограничного слоя В.М. Кейс получил минимальное значение параметра ускорения K=3.55∙10^-6, при котором происходит обратный переход к ламинарному режиму течения (реламинаризация). В связи с этим такой порядок величины параметра ускорения характеризует сильный отрицательный продольный градиент давления. В данной работе проведены численные исследования потоков в присутствии слабого отрицательного градиента давления при K=3∙10^-7: течение воздуха вдоль нагретой стенки и течение гелий-ксеноновой смеси со вдувом гелия через проницаемую стенку. В таких течениях также возникает эффект прострела скорости. Численная модель состояла из сис-темы уравнений Прандтля, описывающих динамические, тепловые и диффузионные процессы в пограничном слое, и k-ω-γ модели турбулентности, позволяющей обоснованно моделировать ламинарно-турбулентный переход и подавление турбулентности. Для решения дифференциальных уравнений применялись конечно-разностные методы. Для некоторых расчётных случаев модель турбулентности отключалась, чтобы получить параметры заведомо ламинарного течения.

Схема течения. Участок нагретой стенки или вдува гелия начинается после перехода к турбулентному режиму.	Сосуществование ламинарной и турбулентной частей ускоренного пограничного слоя. Профили скорости при наличии локальной ламинаризации (Tст=1110K): 1 – расчёт с моделью турбулентности, 2 – расчёт без модели турбулентности. 3 – профиль скорости в полностью турбулентном пограничном слое (Tст=1100K).

Было обнаружено, что в рассматриваемых условиях в пристенной области пограничного слоя может возникать ламинарное течение. Профиль 1 соответствует течению, рассчитанному с учётом модели турбулентности. Исходя из данных по коэффициенту перемежаемости и кинетической энергии турбулентности, этот профиль вблизи стенки описывает распределение скорости ламинарного течения, а в остальной части пограничного слоя изменение скорости соответствует турбулентному потоку. Профиль 2 рассчитан без модели турбулентности в тех же условиях, что и профиль 1. Как видно, профили 1 и 2 вблизи стенки совпадают, отличаясь только величиной максимальной скорости. Профиль 3 рассчитан с учётом модели турбулентности для условий полностью турбулентного пограничного слоя.

ИТ СО РАН, к. ф.-м. н. Сахнов А.Ю., тел.: +7 (383) 316-50-32.