Экспериментальное исследование эволюции возмущений, созданных министруями в затопленной струе

Автор: Олег Олегович Иванов

Соавторы: Гареев Л.Р., Трифонов В.В., Веденеев В.В.

Организация: НИИ механики МГУ

Затопленные струи широко применяются в технике. В большинстве процессов (например, при распыле аэрозолей, горении топлива и т.д.) требуется их интенсивное перемешивание, для чего используют различные способы управления ими, которые могут быть поделены на пассивные, активные и комбинированные методы. К ним относятся, например, акустическое воздействие на струю, использование министруй, профилирование сопла, шевроны и выступы. Особый интерес представляет комбинация способов для достижения синергетических эффектов.

В данной работе изучается влияние министруй на затопленную струю с длинным ламинарным участком [1, 2]. Шесть министруй (Рис.) располагались недалеко от сопла равномерно по окружности, направление их выдува было радиальным. Министруи работали отдельно в режимах «0» или «1» (есть постоянный расход или течения через них нет), а вместе – в разных режимах: стационарный выдув через все шесть министруй (CB6, CB6-D с удвоенным расходом), стоячая волна (SW6-2.5 и SW6-5 с числами Струхаля St = 0.23 и 0.46, все министруи работают одновременно или выключены) и бегущая волна (PW6-2.5 и PW6-5, n = 1, три соседние министруи работали, а три оставшиеся нет).

Все режимы значительно сокращали ламинарный участок. Наиболее быстрый переход к турбулентности дал SW6-5, сочетающий немодальный рост и волну Кельвина–Гельмгольца. При стационарном обдуве CB6 показал наименьший эффект; удвоение расхода (CB6-D) почти не изменило расход основной струи, но повысило турбулентность, хотя аналогичного результата можно достичь при меньшем расходе в нестационарных режимах (например, PW6-5). Наибольшее разрушение струи после перехода обеспечил PW6-2.5: по расходу он близок к SW6-5, но значительно превосходит его по интегральной турбулентности, что, вероятно, связано со спиральным сдвигом, создающим локальный твердотельный сдвиг в каждом сечении. По данным визуализации, ядро струи наиболее размыто именно в режиме PW6-2.5.

Работа выполнена при поддержке гранта 25-19-00278.

1. Zayko J., Teplovodskii S., Chicherina A., Vedeneev V., Reshmin A. Formation of free round jets with long laminar regions at large Reynolds numbers. // Physics of Fluids. 2018. Vol. 30. №. 4.

2. Ivanov O.O., Ashurov D.A., Gareev L.R., Vedeneev V.V. Non-modal perturbation growth in a laminar jet: an experimental study // Journal of Fluid Mechanics. 2023. Vol. 963. A8.