Развитие стационарных возмущений в пространственно развивающейся струе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт 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