НЕЛИНЕЙНОЕ РАЗВИТИЕ СТАЦИОНАРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ В ПРОСТРАНСТВЕННО РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ КРУГЛОЙ ЗАТОПЛЕННОЙ СТРУЕ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Численно исследуется немодальное пространственное развитие стационарных трехмерных возмущений в круглой затопленной струе при Re = 2850. Воспроизводятся условия лабораторного эксперимента, выполненного ранее вНИИмеханики МГУ. Разработан метод расчета оптимальных возмущений в условиях развивающегося вниз по потоку основного течения. Найдены оптимальные возмущения, отвечающие разным азимутальным числам. Определены их форма, характер развития и степень роста. Изучено нелинейное развитие оптимальных возмущений при различных значениях их начальной амплитуды. Показано, что нелинейные эффекты приводят к замедлению скорости роста при их развитии вниз по потоку. Течения, деформированные стационарными возмущениями в угловом направлении, исследованы на устойчивость к малым нестационарным возмущениям. Обнаружено, что с ростом степени деформации максимальная скорость роста возмущений заметно возрастает благодаря появлению специфической коротковолновой моды неустойчивости. Библ. 24. Фиг. 7.

Об авторах

Н. В. Никитин

НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: nvnikitin@mail.ru
Москва, Россия

Н. В. Попеленская

НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова

Москва, Россия

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. Ashurov D.A., Nikitin N.V. Development of stationary disturbances in a spatially developing jet // Fluid Dynamics. 2024. V. 59.№4. P. 723–731.
  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.
  23. Nikitin N. Finite-difference method for incompressible Navier–Stokes equations in arbitrary orthogonal curvilinear coordinates // J. Comput. Phys. 2006. V. 217. P. 759–781.
  24. Michalke A. Instabilitat eines kompressiblen runden Freistrahls unter Berucksichtigung des Einflusses der Strahlgrenzschichtdicke // Z. Flugwiss. 1971. V. 19. P. 319–328.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025