Оценка диссипации кинетической энергии турбулентности в свободной струе методом PIV

В работе представлены результаты применения метода PIV (Particle Image Velocimetry) для измерения статистических характеристик турбулентности в переходной области течения свободной затопленной осесимметричной струи (Re = 28 000). Для минимизации погрешности при калибровке системы и расчете полей мгновенной скорости использовались современные адаптивные алгоритмы. Выполнен анализ погрешности метода PIV, возникающей вследствие эффектов пространственного разрешения при измерении характеристик турбулентности. С использованием модельных спектров турбулентных пульсаций получены аналитические и численные оценки влияния размера расчетной ячейки и толщины лазерного ножа на величину измеряемых вторых статистических моментов градиента пульсаций скорости, а также диссипацию кинетической энергии турбулентности. Результаты оценок достаточно хорошо согласуются с данными проведенного эксперимента. В работе также рассмотрены возможные способы учета вклада в диссипацию кинетической энергии турбулентности мелкомасштабных пульсаций, не разрешаемых методом PIV. Показана эффективность использования модели турбулентной вязкости для учета мелкомасштабных пульсаций в свободном турбулентном течении.

Ключевые слова:
осесимметричная затопленная струя, баланс кинетической энергии турбулентности, диссипация, particle image velocimetry, пространственное разрешение
Источник финансирования:
Работа выполнена при поддержке Правительства России: грант № 11.G34.31.0035 для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских вузах; Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг
УДК 532.522.2, 532.517.4, 532.5.071.4

Оценка диссипации кинетической энергии турбулентности в свободной струе методом PIV