Моделирование развития неустойчивости в плоской затопленной струе при небольших числах Рейнольдса

Выполнено численное моделирование плоской затопленной струи при числе Рейнольдса 32 ≤ Re ≤ 160, основанном на средней входной скорости и высоте плоской щели на входе в струю, при помощи уравнений неразрывности и уравнений Навье – Стокса для несжимаемой жидкости. Изучено влияние изменения Re на характер течения при отсутствии и задании малых случайных возмущений на входе в струю. Результаты настоящих расчетов согласуются с имеющимися данными лабораторных экспериментов и показывают ламинарное состояние течения на первом участке у выхода из щели, асимметричную неустойчивость синусоидального вида на втором, переходном, участке и нерегулярный турбулентный характер течения на третьем участке. Получено, что длина первого и второго участков уменьшается с ростом амплитуды малых случайных возмущений, вводимых путем искажения профиля скорости на входе. Кроме того, увеличение числа Рейнольдса приводит к меньшей протяженности ламинарного участка, что согласуется с данными предыдущих работ. Проведена оценка характерных значений длины волны колебаний, соответствующих выявленному эффекту синусоидальной неустойчивости, и характерной частоты этих колебаний, которая резко возрастает с ростом Re.

Ключевые слова:
плоская струя, ламинарное течение, неустойчивость, переход к турбулентности, численное моделирование, поле скорости, случайные возмущения
Благодарности:
Работа выполнена при поддержке ИВЦ НГУ, предоставившего вычислительные ресурсы для проведения расчетов
УДК 532.517