Просторово-часові кореляції пульсацій швидкості й тиску всередині півсферичного заглиблення

Abstract

Проведено експериментальні дослідження щодо визначення особливостей механізму зародження та еволюції когерентних вихрових структур, які формуються усередині півсферичного заглиблення, і просторово-часових характеристик полів пульсацій швидкості й тиску, генерованих усередині заглиблення і в його сліді. Експерименти проведено в гідродинамічному лотку на гідравлічно гладкій пластині з півсферичною лункою. Поля пульсацій швидкості, динамічного та пристінного тиску досліджено за допомогою групи плівкових термоанемометрів і мініатюрних п'єзокерамічних датчиків пульсацій тиску. Отримано просторово-часові кореляції пульсацій швидкості й тиску, генерованих когерентними великомасштабними вихровими структурами, циркуляційною течією та вихровими структурами зсувного шару, які формувались усередині півсферичної лунки та викидались назовні у примежовий шар. Найбільші значення коефіцієнтів просторово-часової кореляції пульсацій пристінного тиску спостерігались на кормовій і бічній стінках півсферичної лунки, а найменші - у її придонній частині. Встановлено, що взаємні кореляції пульсацій повздовжньої швидкості перевищують величини взаємних кореляцій пульсацій швидкості й пристінного тиску, а також пульсацій динамічного й пристінного тиску.

Проведены экспериментальные исследования по определению особенностей механизма зарождения и эволюции когерентных вихревых структур, которые формируются внутри полусферического углубления, и пространственно-временных характеристик полей пульсаций скорости и давления, генерируемых внутри углубления и в его следе. Эксперименты проведены в гидродинамическом лотке на гидравлически гладкой пластине с полусферической лункой. Поля пульсаций скорости, динамического и пристеночного давления исследованы с помощью группы пленочных термоанемометров и миниатюрных пьезокерамических датчиков пульсаций давления. Получены пространственно-временные корреляции пульсаций скорости и давления, генерируемых когерентными крупномасштабными вихревыми структурами, циркуляционным течением и вихревыми структурами сдвигового слоя, которые формировались внутри полусферической лунки и выбрасывались наружу в пограничный слой. Наибольшие значения коэффициентов пространственно-временной корреляции пульсаций пристеночного давления наблюдались на кормовой и боковой стенках полусферической лунки, а наименьшие – в ее придонной части. Установлено, что взаимные корреляции пульсаций продольной скорости превышают величины взаимных корреляций пульсаций скорости и пристеночного давления, а также пульсаций динамического и пристеночного давления.

The specific features of mechanism of emergence and evolution of the coherent vortex structures forming inside the hemispherical cavity are experimentally studied along with the space-time characteristics of the velocity and pressure fluctuations fields generated inside the cavity and in its wake. The experiments are carried out in a hydrodynamic tray upon the hydraulically smooth plate with a hemispherical dimple. The fields of the velocity, dynamic and wall pressure fluctuations were recorded by a group of the hot-film thermoanemometers and miniature piezoelectric sensors of pressure fluctuations. The space-time correlations are obtained for the velocity and pressure fluctuations generated by the coherent large-scale vortex structures, circulation flow and vortex structure of the shear layer, which were formed inside the hemispherical dimple and ejected out into the boundary layer. The largest values of the space-time correlation coefficient for wall pressure fluctuations were observed on the aft and side walls of the hemispherical dimple, while the lowest ones occurred in its bottom part. The cross-correlations of the longitudinal velocity fluctuations were found to be higher than cross-correlations of the velocity and wall pressure fluctuations or those of the dynamic and wall pressure fluctuations.