Турбулизация трёхмерного погранслоя. Сценарии, скачки интегральных параметров и структура турбулентности

14 Января 2025

Авторы: В.И. Бородулин, А.В. Иванов, Ю.С. Качанов

Тезисы доклада "Турбулизация трёхмерного погранслоя. Сценарии, скачки интегральных параметров и структура турбулентности" 

Основной целью настоящего исследования является изучение механизма принудительной турбулизации ламинарного пограничного слоя скользящего крыла, в котором доминирует неустойчивость поперечного течения, при помощи периодических по размаху рядов цилиндрических турбулизаторов. Измерения проведены с помощью термоанемометрии в малотурбулентной аэродинамической трубе ИТПМ СО РАН при малых дозвуковых скоростях набегающего потока на модели 25-градусного скользящего крыла. Результаты подробных прецизионных измерений средней и пульсационной структуры течения получены в широкой области пространства в 12 различных режимах измерений для пяти типов турбулизаторов (а также в их отсутствии) для двух скоростей потока. Изученный диапазон чисел Рейнольдса по высоте цилиндров Re_h (определённых по продольной составляющей скорости на границе пограничного слоя над турбулизатором) был между 0,565·10³ и 3,613·10³.

Получены все основные характеристики пограничных слоёв, как выше, так и ниже по потоку от турбулизаторов и найдены передаточные функции, описывающих условия скачков интегральных параметров пограничного слоя, которые необходимы для инженерных расчётов пограничных слоев переходного типа на скользящих крыльях.

Приводятся также результаты подробных измерений полей средней и пульсационной скоростей потока и спектров турбулентности, включая их сопоставление с данными, полученными в предыдущих исследованиях для развитых двумерных турбулентных пограничных слоёв. Показано выполнение степенных законов −5/3 Колмогорова и −7 Гейзенберга для спектров пульсаций в трёхмерном турбулентном погранслое. Представлены интегральные характеристики исследуемых пограничных слоев, включая их эволюцию вниз по потоку. Проведено их сопоставление с эмпирическими зависимостями, установленными ранее для двумерных погранслоёв: Фолкнером (1943) для толщины потери импульса и Хамой (1954) для формпараметра. Показана возможность использования этих зависимостей в трёхмерном погранслое скользящего крыла. Однако при этом оказалось, что значение одного из эмпирических коэффициентов в зависимости Фолкнера существенно отличается в трёхмерном погранслое.