nsu_kiborynyak_201906.pdf

Работа поддержана грантом РНФ №16-19-10566 «Нестационарный теплообмен в импактных струях с закруткой и горением», руководитель д.ф.-м.н. Владимир Михайлович Дулин

• Константин Игоревич Борыняк, магистрант ФФ НГУ, лаборант Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН
• Михаил Юрьевич Хребтов, к.ф.-м.н., с.н.с., Институт теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН

'Работа посвящена исследованию эффектов закрутки в турбулентных свободных и импактных струях. Исследование проводилось с помощью численного моделирования с высоким пространственным и временным разрешением по методу крупных вихрей (LES) с передовой моделью подсеточной турбулентности.

Особенностью работы было рассмотрение метода организации закрутки с помощью вращающегося сопла. Такой метод является намного менее изученным, чем применение более распространенных тангенциальных и лопаточных завихрителей. Данный метод позволяет варьировать закрутку в очень широких пределах, при этом, не внося значительной турбулентности во входной поток. Также в данном методе появляется дополнительная степень свободы, оказывающая влияние на течение, связанная с формой вращающегося сопла. Исследование влияния формы вращающегося сопла на структуру потока на данный момент крайне редки.

В работе исследовалось две формы вращающегося сопла – прямая труба и сопло Витошинского с поджатием.

В ходе расчетов, было обнаружено, что в случае импактной струи, из вращающегося сопла с поджатием, наблюдается эффект сужения и ускорения струи на ее начальном участке, сопровождавшийся появлением зоны рециркуляции внутри сужающегося участка сопла. Данный эффект также проявлялся в фокусировке среднего теплового потока на импактной поверхности. Данный эффект является необычным, как правило, увеличение закрутки приводит к ускорению расширения струи, что и наблюдалось во второй серии расчетов, для сопла в виде вращающейся прямой трубы.

Рассмотрение баланса импульса показало, что в эффекте фокусировки участвуют спиральные когерентные вихревые структуры, формирующиеся на выходе из сужающегося сопла. В процессе своей эволюции данные вихри уменьшают свой диаметр, что приводит к осевому ускорению струи. Также, в ходе расчетов для обоих типов сопел было исследовано явление вихревого распада, проявляющегося на больших закрутках, и его влияние на перенос пассивной примеси.'

• Борыняк К. И., Баженов А. Ю., Хребтов М. Ю. Исследование динамики закрученной импактной струи методом численного моделирования //МНСК-2018: Физика сплошных сред. – 2018. – С. 38-38.
• Borynyak K. et al. Numerical simulation of a low-swirl impinging jet with a rotating convergent nozzle //Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2018. – Т. 980. – №. 1. – С. 012016.
• Борыняк К. И., Бобров М. С., Козюлин Н. Н. Численное исследование турбулентной диффузии в закрученных струях методом крупных вихрей //МНСК-2019: Физика сплошных сред. – 2018. – С. 34-34.