Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,839

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ТЕЧЕНИЙ В АЭРОФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Гилев В.М. 1, 2 Грек Г.Р. 1 Зверков И.Д. 1 Сорокин А.М. 1
1 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
2 Новосибирский государственный технический университет
1. Бойко А.В., Грек Г.Р., Довгаль А.В., Козлов В.В. Возникновение турбулентности в пристенных течениях: Монография. – Новосибирск: Наука, 1999. – 327 с.
2. Boiko A.V., Grek G.R., Dovgal A.V., Kozlov V.V. The Origin of Turbulence in Near-Wall Flows: Monography, 2002, Springer-Verlag. – 263 p.
3. Грек Г.Р., Гилев В.М., Зверков И.Д., Сорокин А.М. Структура автоматизированной системы пространственно-временной термоанемометрической визуализации течений в аэрофизическом эксперименте // Международный журнал экспериментального образования. – 2013, № 11 (часть 1). – С. 115–116.
4. Грек Г.Р., Бойко А.В., Гилев В.М., Зверков И.Д., Сорокин А.М. Автоматизированное управление координатным устройством аэродинамической трубы // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. –
№ 11 (часть 1). – С. 155–156. 
5. Бойко А.В., Гилев В.М., Грек Г.Р., Зверков И.Д., Сорокин А.М. Создание координатного устройства для аэродинамической трубы // Южно-сибирский научный вестник. – 2014. – № 1 (5). – С. 13–16.
6. Грек Г.Р., Бойко А.В., Гилев В.М., Зверков И.Д., Сорокин А.М. Автоматизированная система сбора термоанемометрической информации в аэрофизическом эксперименте // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014, – № 5-1, – С. 11–15.
7. Гилев В.М., Грек Г.Р., Сорокин А.М., Зверков И.Д. Использование автоматизированного измерительного комплекса трехмерного сканирования поля течения в аэродинамическом эксперименте // Индустриальные информационные системы (ИИС-2015) (Новосибирск, 20-24 сент. 2015 г.): сборник тезисов докладов Всероссийской конференции с международным участием. – Новосибирск: КТИ ВТ СО РАН 2015. – С. 19–20.
8. Козлов В.В., Грек Г.Р., Литвиненко Ю.А., Толкачев С.Н., Чернорай В.Г. Экспериментальные исследования локализованных возмущений и их вторичной высокочастотной неустойчивости в пограничном слое плоской пластины, прямого и скользящего крыла (обзор) // Вестн. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Физика. – 2014. Т.9, вып.4. – С. 39–64.
9. Бойко А.В., Грек Г.Р., Довгаль А.В., Козлов В.В. Физические механизмы перехода к турбулентности в открытых течениях. // Москва – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2006. – 304 с.
10. Грек Г.Р., Чернорай В.Г. Нелинейная стадия неустойчивости полосчатых структур в пограничном слое плоской пластины, прямого и скользящего крыла // Вестник Казанского Университета им. Н.И. Лобачевского № 4, часть 3, ISSN 1993-1778, Казань, 20-24 августа 2015, Сборник докладов участников XI Всероссийского Съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (в печати).
11. Грек Г.Р., Чернорай В.Г. Нелинейная стадия неустойчивости полосчатых структур в пограничном слое плоской пластины, прямого и скользящего крыла. // Материалы XI Всероссийского съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, 20-24 Августа, 2015, Казань, Россия, CD-ROM 00369. С. 1051-1053.

В настоящее время, как в России, так и за рубежом широко проводятся как теоретические, так и экспериментальные исследования по изучению фундаментальной проблемы механики – проблемы понимания сложного механизма перехода к турбулентности течений жидкости и газа. Экспериментальные исследования, проводимые в этом направлении, характеризуются использованием, главным образом, термоанемометрических методов измерения средних и пульсационных составляющих скорости течения и различных способов визуализации потока. Здесь коллективом авторов был получен ряд приоритетных фундаментальных результатов, опубликованных как в монографиях, так и в ведущих мировых научных журналах [1–2].

Для выполнения поставленной задачи в качестве исследуемого объекта в данной работе использована аэродинамическая труба дозвуковых скоростей Т-324 ИТПМ СО РАН. Благодаря низкому уровню турбулентности, эта установка является единственной уникальной установкой подобного класса в Российской Академии наук.

Для обеспечения эффективного проведения научных исследований исполнителями проекта в данной аэродинамической трубе создана система автоматизации эксперимента [3], которая позволяет получать количественную информацию о происходящих в возмущенном течении процессах по точкам, а также в виде картин и видеороликов пространственно-временной термоанемометрической визуализации, из которых можно судить о распределении в пространстве и времени как средних, так и пульсационных составляющих каждой из компонент скорости потока (U, V, W). Данная система позволяет получать детальную информацию о динамике развития пристенных, отрывных и свободных сдвиговых течений.

В представляемой системе организован автоматизированный ввод результатов пространственно-временных термоанемометрических измерений течения газа непосредственно в ЭВМ в режиме реального времени, их накопление, обработка по заданным программам и графическое представление как в виде картин пространственной визуализации течения, так и в форме пространственно-временных видеороликов, отражающих процесс развития возмущенного течения в динамике. Система обеспечвает на современном уровне автоматизацию проведения экспериментальных исследований фундаментального характера, связанных с изучением восприимчивости и устойчивости сдвиговых слоев, механизмов турбулизации течений и турбулентности.

Структурно представляемая система разделена на три независимые подсистемы:

1. Автоматизированное координатное устройство. Данная подсистема включат в себя управляемое компьютером оригинальное координатное устройство, позволяющее по заданной программе прецизионным образом перемещать датчик термоанемометра в трехмерном пространстве рабочей части аэродинамической трубы [4–5].

2. Автоматизированная подсистема сбора данных. Эта подсистема связана с измерительным прибором – термоанемометром, который производит измерения средних и пульсационных составляющих скорости потока, оцифровывает их с помощью АЦП и вводит в реальном масштабе времени в компьютер [6–7]. Подсистема связана с первой через обратную связь: сигнал об окончании единичного измерения через компьютер даёт импульс координатному устройству к перемещению датчика термоанемометра в следующую измерительную позицию и т.д. Каждый измеренный термоанемометром сигнал представляет собой осциллограмму, которая подвергается в компьютере операции осреднения по ансамблю для устранения случайного шума.

3. Подсистема визуализации. Данная подсистема осуществляет визуализацию полученных результатов. Набор введенных в компьютер осциллограмм собирается в специальную матрицу, программная обработка которой в среде MATLAB позволяет получать пространственно-временные картины термоанемометрической визуализации течения [7].

Таким образом, измерительная подсистема обеспечивает синхронизованный ввод экспериментальных данных непосредственно в компьютер с сохранением информации о фазе измеряемого сигнала; сбор и накопление результатов измерений в базе данных, где хранятся результаты проводимых экспериментов.

В представляемой системе широко используются программные средства для осуществления гибкой настройки эксперимента непосредственно с рабочего места экспериментатора. Так, с помощью клавиатуры компьютера предоставляется возможность задавать скорость перемещения датчика термоанемометра, количество шагов перемещения, начальную и конечную координату датчика и т.д. При этом предполагается организация как ручного запуска измерений (например, в режиме отладки), так и автоматического, задаваемого программно.

Результаты экспериментальных исследований. С помощью представляемой системы выполнен большой цикл исследований [7–11], включающий в себя следующие направления:

– нелинейная синусоидальная и варикозная неустойчивость стационарного продольного локализованного возмущения (полосчатой структуры) в пограничном слое плоской пластины;

– нелинейная варикозная неустойчивость стационарного продольного локализованного возмущения (полосчатой структуры) в пограничном слое прямого крыла;

– вторичная высокочастотная неустойчивость стационарных продольных локализованных вихрей в пограничном слое скользящего крыла.

Заключение. К настоящему времени полностью завершены работы по созданию автоматизированной системы пространственно-временной визуализации течений в аэрофизическом эксперименте. С её использованием проводятся экспериментальные исследования по исследованию устойчивости и перехода к турбулентности различных сдвиговых течений.

Представляемая работа выполнялась при финансовой поддержке грантов РФФИ № 13-07-00616 и 12-07-00548.


Библиографическая ссылка

Гилев В.М., Гилев В.М., Грек Г.Р., Зверков И.Д., Сорокин А.М. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ТЕЧЕНИЙ В АЭРОФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 12-2. – С. 225-227;
URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=9053 (дата обращения: 26.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074