Спектр спиральности в закрученном турбулентном потоке

С использованием передового метода трехмерной анемометрии по изображениям частиц впервые проанализирован спектральный перенос спиральности в турбулентных струйных потоках с ненулевой интегральной закруткой. Рассмотрена два типа течений: струя с сильной и струя со слабой закруткой потока, отличающиеся тем, что в первом случае закрутка настолько велика, что в потоке возникает распад вихревого ядра и формируется центральная зона рециркуляции. Число Рейнольдса 8900. Измерения полей мгновенной скорости выполнены с использованием скоростного томографического PIV метода с частотой 2 кГц. Зарегистрировано 2 набора в 2000 полей мгновенной скорости с размером окна опроса многокадрового итерационного корреляционного алгоритма в 3.36 мм, при шаге сетки в 0.84 мм. Рассчитаны флуктуации поля завихренности, по которым определены поля пульсаций локальной спиральности потока.

Пространственный Фурье анализ показал, что как для спектра кинетической энергии турбулентности, так и для спектра спиральности характерно наличие инерционного интервала с наклоном спектра k^{− 5/3}. Впервые показано, что с уменьшением масштаба турбулентности существует область, где спиральность вихревых структур меняет свой знак на противоположный. Это наблюдение может быть отнесено к сценарию бифуркации формирования спиральной вихревой нити, которая зависит от интенсивностизакрутки. Это открытие подчеркивает сложность динамики каскада спиральности в турбулентных потоках, оправдывая дальнейшее исследование основных механизмов, отвечающим за данное явление.

Осредненная структура течения и измеренный спектр флуктуаций спиральности в потоке

Руководитель работы – д. ф.-м. н. Дулин В.М., тел.: +7 (383) 335-66-84.