Развитие стационарных возмущений в пространственно развивающейся струе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Численно исследуется немодальное развитие стационарных трёхмерных возмущений в круглой струе при Re=2850. Воспроизводятся условия лабораторного эксперимента, выполненного ранее в НИИ механики МГУ. Разработан метод расчёта оптимальных возмущений в условиях развивающегося вниз по потоку основного течения. Рассчитаны возмущения, отвечающие разным азимутальным числам. Определены форма, характер развития и степень роста оптимальных возмущений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. А. Ашуров

МГУ им. М. В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики

Автор, ответственный за переписку.
Email: ashurovda@my.msu.ru
Россия, Москва

Н. В. Никитин

МГУ им. М. В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики

Email: nvnikitin@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Morris P.J. The spatial viscous instability of axisymmetric jets // J. Fluid Mech. 1976. V. 77. 3. P. 511–529.
  2. Michalke A. Survey on jet instability theory // Prog. Aerospace Sci. 1984. V. 21. P. 159–199.
  3. Грек Г.Р., Козлов В.В., Литвиненко Ю.А. Устойчивость дозвуковых струйных течений // Учебное пособие: Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск. 2012. 208 с.
  4. Zayko J., Teplovodskii S., Chicherina A., Vedeneev V., Reshmin A. Formation of free round jets with long laminar regions at large Reynolds numbers // Phys. Fluids. 2018. V 30. P. 043603.
  5. Зайко Ю.С., Решмин А.И., Тепловодский С.Х., Чичерина А.Д. Исследование затопленных струй с увеличенной длиной начального ламинарного участка // Изв. РАН. МЖГ. 2018. 1. С. 97–106.
  6. Ellingsen T., Palm E. Stability of linear flow // Phys. Fluids. 1975. V 18. P. 487–488.
  7. Landahl M.L. A note on algebraic instability of inviscid parallel shear flows // J. Fluid Mech. 1980. V. 98. P. 243–251.
  8. Schmid P.J., Henningson D.S. Optimal energy density growth in Hagen–Poiseuille flow // J. Fluid Mech. 1994. V. 277. P. 197–225.
  9. Andersson P., Berggren M., Henningson D.S. Optimal disturbances and bypass transition in boundary layers // Phys. Fluids. 1999. V 11. P. 134–150.
  10. Luchini P. Reynolds-number-independent instability of the boundary layer over a flat surface: optimal perturbations // J. Fluid Mech. 2000. V. 404. P. 289–309.
  11. Tumin A., Reshotko E. Spatial theory of optimal disturbances in boundary layers // Phys. Fluids. 2001. V 13. P. 2097–2104.
  12. Reshotko E., Tumin A. Spatial theory of optimal disturbances in a circular pipe flow // Phys. Fluids. 2001. V 13. P. 991–996.
  13. Boronin S.A., Healey J.J., Sazhin S.S. Non-modal stabillity of round viscous jets // J. Fluid Mech. 2013. V. 716. P. 96–119.
  14. Jimenez-Gonzalez J. I., Brancher P., Martinez-Bazan C. Modal and non-modal evolution of perturbations for parallel round jets // Phys. Fluids. 2015. V 27. P. 044105.
  15. Jimenez-Gonzalez J. I., Brancher P. Transient energy growth of optimal streaks in parallel round jets // Phys. Fluids. 2017. V 29. P. 114101.
  16. Боронин С.А., Осипцов А.Н. Модальная и немодальная неустойчивость течения запыленного газа в пограничном слое // Изв. РАН. МЖГ. 2014. 6. С. 80–93.
  17. Калашник М.В., Чхетиани О.Г. Оптимальные возмущения в развитии неустойчивости свободного слоя сдвига и системы из двух встречных струйных течений // Изв. РАН. МЖГ. 2020. 2. С. 28–41.
  18. Ivanov O., Ashurov D., Gareev L., Vedeneev V. Non-modal perturbation growth in a laminar jet: an experimental study // J. Fluid Mech. 2023. V. 963. P. A8.
  19. Wang C., Lesshafft L., Cavalieri A.V., Jordan P. The effect of streaks on the instability of jets // J. Fluid Mech. 2021. V. 910. P. A14.
  20. Nikitin N. Finite-difference method for incompressible Navier–Stokes equations in arbitrary orthogonal curvilinear coordinates // J. Comput. Phys. 2006. V. 217. P. 759–781.
  21. Абдульманов К.Э., Никитин Н.В. Развитие возмущений в круглой затопленной струе с двумя модами неустойчивости // Изв. РАН. МЖГ. 2022. 5. С. 25–40.
  22. Gareev L.R., Zayko J.S., Chicherina A.D., Trifonov V.V., Reshmin A.I., Vedeneev V.V. Experimental validation of inviscid linear stability theory applied to an axisymmetric jet // J. Fluid Mech. 2022. V 934. A3.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Коэффициенты усиления оптимальных возмущений λ1(x) = E(x)/E(0).

Скачать (271KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Коэффициенты усиления оптимальных λ1(x) и субоптимальных λ2(x), λ3(x) возмущений, рассчитанные на разных сетках при n = 5: 1 – Xm = 20, Rm = 6, Im×Jm = 512×64, M = 33; 2 – Xm = 12, Rm = 6, Im×Jm = 1024×128, M = 42; 3 – Xm = 20, Rm = 6, Im×Jm = = 1024×128, M = 67.

Скачать (113KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Развитие оптимального возмущения, отвечающего x = 10, n = 5. (а): 1 – E(x), 2 – Es(x), 3 – Er(x) (3.4); (б): λ1 – E.

Скачать (141KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Поле скорости оптимального (а) и субоптимального (б) возмущения, отвечающего x = 10, n = 1. Цветом показано возмущение продольной компоненты скорости, стрелки показывают поперечное движение.

Скачать (662KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Поле скорости оптимального (а) и субоптимального (б) возмущения, отвечающего x = 10, n = 5. Цветом показано возмущение продольной компоненты скорости, стрелки показывают поперечное движение.

Скачать (820KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024