Численное и физическое моделирование генерации и эволюции вихревых колец в крупномасштабном гидрофизическом бассейне
https://doi.org/10.59887/2073-6673.2024.17(4)-4
Аннотация
Статья посвящена исследованиям процесса генерации и эволюции вихревых колец, формирующихся в водной среде при выбросе струи воды в затопленный объем. Представлены расчётные данные по известным из литературы соотношениям, а также результаты моделирования по вновь созданной методике. Обоснованы характеристики генератора вихревых колец в составе моделирующего стенда, созданного на базе крупномасштабного гидрофизического бассейна. Экспериментальные исследования проводились в условиях температурной стратификации среды и с разницей температур воды струи и бассейна. Результаты экспериментов по формированию и движению вихревых колец удовлетворительно соответствуют расчетным данным. При этом влияние сформированной в бассейне стратификации на характеристики вихревых колец оказалось незначительным. Выявлено существенное влияние безразмерной длины струи на основные характеристики вихревых колец и разницы между температурой воды на горизонте их формирования и температурой струи на траекторию движения колец.
При поддержке: Работа выполнена в рамках темы государственного задания FMWE-2024-0029.
Об авторах
Р. Ю. Монахов
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Монахов Роман Юрьевич, ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук
117997, Нахимовский проспект, д. 36, г. Москва
А. А. Родионов
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Родионов Анатолий Александрович, руководитель научного направления «Фундаментальная и прикладная гидрофизика», член-корреспондент РАН, профессор
Scopus AuthorID: 56223713100, WoS ResearcherID: AAT-6466-2021
117997, Нахимовский проспект, д. 36, г. Москва
И. Е. Капранов
АО «Инжиниринговый центр «Кронштадт»»
Россия
Россия
Капранов Илья Евгеньевич, ведущий инженер по расчетам, кандидат технических наук
РИНЦ AuthorID: 546230
197760, ул. Макаровская, д. 2, литера Л, вн. тер. г. Кронштадт, г. Санкт-Петербург
Н. Н. Шпилев
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Шпилев Николай Николаевич, научный сотрудник
117997, Нахимовский проспект, д. 36, г. Москва
М. С. Яковчук
БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова
Россия
Россия
Яковчук Михаил Сергеевич, доцент, кандидат технических наук
Scopus AuthorID: 57039066300
190005, ул. 1-я Красноармейская, д.1, г. Санкт-Петербург
Список литературы
1. Владимиров В.А., Тарасов В.Ф. Формирование вихревых колец // Известия СО АН СССР. Серия технических наук. 1980. № 3, вып. 1. С. 3–11.
2. Вуд Р. Вихревые кольца // Библиотечка «КВАНТ» выпуск 4. Опыты в домашней лаборатории. М., Наука: Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1981. С. 13.
3. Бебиева Я.С. Формирование затопленных струй при различных начальных условиях // Альманах современной науки и образования, Тамбов, «Грамота», 2011. № 12 (55). C. 25–27.
4. Мелешко В.В., Константинов М.Ю. Динамика вихревых структур // Киев: Наукова думка, 1993. С. 72–221.
5. Тарасов В.Ф. Оценка некоторых параметров турбулентного вихревого кольца // Динамика сплошной среды: Сб. науч. тр. / АН СССР. СО. Институт гидродинамики. 1973. Вып. 14. С. 120–127.
6. Тесленко В.С., Дрожжин А.П., Медведев Р.Н. Генерация кавитационных вихревых колец в воде // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2014. № 1 (14). С. 71–74.
7. Шмыглевский Ю.Д., Щепров А.В. Об осесимметричных вихревых образованиях в вязкой жидкости // Журнал вычислительно математики и математической физики. 1995. Т. 35, № 3. С. 472–478.
8. Ja’fari M., Shojae F.J., Jaworski A.J. Synthetic jet actuators: Overview and applications // International Journal of Thermofluids. 2023. Vol. 20. P. 100438. doi:10.1016/j.ijft.2023.100438
9. Zhou J., Tang H., Zhong S. Vortex Roll-Up criterion for synthetic jets // AIAA Journal. 2009. Vol. 47, N 5. doi:10.2514/1.40602
10. Barton L. Smith, David J. Nani. Effect of orifice shape on synthetic efficiency. UTAH STATE UNIVERSITY, Logan, Utah, 2012.
11. Jabbal M., Tang H., Zhong S. The effect of geometry on the performance of synthetic jet actuators // Conference: 25th Congress of International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS2006), At: Hamburg, Germany, September 2006.
12. Tang H., Zhong S. Incompressible flow model of synthetic jet actuator // AIAA Journal. 2006, Vol. 44, N 4, P. 908–912. doi:10.2514/1.15633
13. Gharib M., Rambod E., Shariff K. A universal time scale for vortex ring formation // Journal of Fluid Mechanics. 1998. Vol. 360. P. 121–140. doi:10.1017/S00221120970084107
14. Xiong D., Zhixun X., Zhenbing L., Lin W. A novel optimal design for an application-oriented synthetic jet actuator // Chinese Journal of Aeronautics. 2014. 27(3) P. 514–520. doi:10.1016/j.cja.2014.04.002
15. Ганеев Р.А., Хафизов И.Ф., Бакиров И.К., Зарипова Л.Х. Исследование вихревых потоков жидкости для повышения эффективности приборов пожаротушения // Нефтегазовое дело. 2022. № 6. С. 30–43. doi:10.17122/ogbus-2022-6-30-43
16. Гущин В.А., Матюшин П.В. Механизм образования вихрей в следе за сферой для диапазона 200 < Re < 380 // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2006. № 5. С. 135–151.
17. Гущин В.А., Матюшин П.В. Математическое моделирование пространственных течений несжимаемой жидкости // Математическое Моделирование. 2006. Т. 18, № 5. С. 5–20.
18. Дудоладов И.В., Таганов Г.И. Объединение вихревых образований в плоском течении несжимаемой жидкости // Ученые записки ЦАГИ. 1977. Т. VIII, № 4. С. 29–33.
19. Кистович А.В., Чашечкин Ю.Д. Регулярные и сингулярные компоненты периодических движений в толще жидкости // Прикладная математика и механика. 2007. Т. 71, Вып. 5. С. 844–854.
20. Луговцов Б.А. Турбулентные вихревые кольца // Динамика сплошной среды: Сб. науч. тр. / АН СССР. СO Институт гидродинамики. 1979. Вып. 38. С. 71–88.
21. Пиралишвили Ш.А., Веретенников С.В., Тряпина В.А. Визуализация структуры течения в противоточной вихревой трубе // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15, № 10. С. 439–447
22. Чашечкин Ю.Д., Байдулов В.Г., Бардаков Р.Н., Васильев А.Ю., Кистович А.В., Миткин В.В., Прохоров В.Е., Степанова Е.В. Механика свободных стратифицированных течений // Препринт ИПМех РАН № 876. М.: ИПМех РАН. 2008. 127 с.
23. Ахметов Д.Г. Модель формирования вихревого кольца // Прикладная механика и техническая физика. 2008. Т. 49, № 6(292). С. 909–918.
24. Ахметов Д.Г. Формирование и основные параметры вихревых колец // Прикладная механика и техническая физика. 2001. Т. 42, № 5(262). С. 70–83.
25. Ахметов Д.Г., Тарасов В.Ф. О структуре и эволюции вихревых ядер // Прикладная механика и техническая физика. 1986. Т. 27, № 5. С. 68–73.
26. Ахметов Д.Г. Вихревые кольца. Новосибирск: Гео, 2007. 151 с.
27. Волков К.Н. Методы визуализации вихревых течений в вычислительной газовой динамике и их применение при решении прикладных задач // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. № 3 (91).
28. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М, 2008. 368 с.
Рецензия
Для цитирования:
Монахов Р.Ю., Родионов А.А., Капранов И.Е., Шпилев Н.Н., Яковчук М.С. Численное и физическое моделирование генерации и эволюции вихревых колец в крупномасштабном гидрофизическом бассейне. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2024;17(4):55-70. https://doi.org/10.59887/2073-6673.2024.17(4)-4
For citation:
Monakhov R.Yu., Rodionov A.A., Kapranov I.Ye., Shpilev N.N., Yakovchuk M.S. Numerical and physical modeling of generation and evolution of vortex rings in a large-scale hydrophysical water tank. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2024;17(4):55-70. (In Russ.) https://doi.org/10.59887/2073-6673.2024.17(4)-4
Просмотров:
90
Послать статью по эл. почте 