Автореферат диссертации (1141492), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Результаты исследований были доложены на XIXМеждународной межвузовской научно-практической конференции студентов,магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство – формирование56среды жизнедеятельности» и Международной научной конференции«Интеграция, партнёрство и инновации в строительной науке и образовании2016».Публикации. Научные результаты достаточно полно изложены в 5 научныхпубликациях, из которых 3 работы опубликованы в журналах, включенных в«Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны бытьопубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученойстепени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук»,Минобрнауки РФ.Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит извведения, четырех глав и списка литературы. Работа изложена на 142 страницах,содержит 11 таблиц, 65 рисунков. Список использованной литературы содержит143 наименований, из них 67 на иностранных языках.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении установлен объект исследования, рассмотрена актуальностьтемы представленной диссертационной работы, проанализирована степеньисследованности турбулентности и имеющиеся на сегодняшний день проблемы вее изучении, описана суть поставленной задачи и цель исследования, приведенынаправления и способы решения, описано краткое содержание диссертации поглавам.В первой главе представлен обзор исследований турбулентности,выполненный ранее учеными из РФ и других государств.Теория турбулентных течений началась с известных экспериментовO.Рейнольдса, на основании которых было научно обосновано и подтвержденосуществование характерного режима движения жидкости, при которомпроисходит процесс перемешивания слоев в направлениях, перпендикулярныхнаправлению основному вектору движения потока.

Большинство потоков вприроде и в инженерных приложениях являются турбулентными и все основныехарактеристики (скорость, давление, плотность) потока непрерывно пульсируют(изменяются по времени) относительно своего осредненного значения.Для описания турбулентных течений, для учета пульсаций с их осреднениемпо времени используют дифференциальные уравнения О. Рейнольдса.'' uijkuijkuijkuijku kji1 p uijk X ijk  (()) xijk xijk xijkxijkxijk t uijk x  0 ijk(1)''где  ijk    uijk ukji – турбулентные напряжения Рейнольдса, i,j,k – 1,2,3, X ijk –проекция ускорения массовых сил, на координатную ось, uijk – проекция'осредненной скорости, на координатную ось, uijk – пульсация скорости, μ –коэффициент динамической вязкости.67Система дифференциальных уравнений (1), в случае трехмерной постановки,является незамкнутой, поскольку содержит в себе шесть неизвестных слагаемых.На сегодняшний день замыкание системы уравнений сводится к созданиюсхематических моделей течения, описывающих осредненные кинематическиепараметры потока.

Вследствие отсутствия на текущий момент общепринятойтеории турбулентности, любая модель включает определенные гипотезызамыкания, в разной степени подтверждающиеся экспериментальными данными.Кроме получения замкнутой системы для статистических параметров потоков,существует подход прямого численного интегрирования дифференциальныхуравнений движения (определение вычислительного алгоритма) дляхарактеристик потоков, осредненных по определенному пространственному иливременному интервалу. Данный подход определения краевых условийиспользуется в программных продуктах, реализующие численное моделированиетурбулентных течений. В настоящее время созданы имитационные модели (DNS,k-ε модели, RANS, k-ω модели, метод крупных вихрей LES, модельРейнольдсовых напряжений "RSM") показавшие удовлетворительную сходимостьрасчета и экспериментов для отдельных потоков или областей потока.Данные, полученные опытным путем являются основой полуэмпирическихтеорий, описание которых строится на использовании аппарата математическойстатистики.

Труды таких исследователей, как A.A. Фридман, Л.B. Келлер,Д. Тейлор, A.C. Монин, A.M. Яглом, Б.A. Фидман, E.M. Минский, И.O. Хинце,Ж. Конт-Белло, B.C. Боровков, M.X. Ибрагимов, Д.И. Гринвальд, H.A. Михайловаи другие, продемонстрировали важность анализа статистических характеристикдля описания закономерностей в турбулентном потоке.В турбулентном потоке касательные напряжения обусловлены не тольковязкостью жидкости (вязкая составляющая касательных напряжений), а еще иявлениемперемешивания(турбулентнаясоставляющаякасательныхнапряжений).

Известно, что распределение полного касательного напряженияубывает линейно от дна к свободной поверхности открытого потока. В большейстепени внимание исследователей было направлено на изучение осредненныхзначений турбулентных касательных напряжений, в то время как именнопульсации турбулентных касательных напряжений характеризуют перенос масс(перемешивание) по глубине потока.

Спектры касательных напряженийприсутствуют лишь в трудах Ж. Конт-Белло, B.C. Боровкова и Л.В. Волгиной.Создание структурной теории русловой турбулентности базировалось, побольшей части, на итогах проведенных ранее опытов и было ориентировано наразличение в потоке крупных и масштабных структур (самых больших вихрей,макроструктур, макромасштабов турбулентности, вихрей 1-го порядка по A.H.Колмогорову, верхней границы вихревых размеров по O.Хинце). Великанов M.A.первым разработал модель перемещения в потоке жидких вальцов,геометрические характеристики которых, пропорциональны масштабам потока.Идея Великанова М.А. в дальнейшем получила развитие в трудахK.B. Гришанина, A.Б.

Клавена, Б.A. Фидмана и H.E. Кондратьева, где быловыявлено наличие вихрей 2-х структурных уровней. Формы вихрей в рамках78кинематической структуры потока турбулентности были описаны Грандом наоснове данных, полученные в экспериментах Д. Лауфера. Усовершенствованныеметодики визуального моделирования потока и вычисления корреляционныхфункций скоростных пульсаций скорости дали возможность сделать большойрывок в плане детализации пространственной модели вихрей турбулентности(X.

Иммамото, T. Ишизаки, Д. Гулливер, H. Накагава, Э. Незу, Д. Хаген,М. Куросака, М. Хеад, М. Бандипадхая, C. Раджопалан, A. Антония).Выявление характерных черт поведения структурных образований в потокахс разными пространственно-энергетическими параметрами, а также вычислениеих статистических показателей позволит точнее прогнозировать русловыедеформации, дать более ясное представление о процессах взвешивания и переносатвердых частиц.Вторая глава посвящена описанию рассматриваемых экспериментальныхданных, особенностям измерения турбулентности методом лазернойдоплеровской анемометрии (ЛДА), обработке опытных данных и уточнениюметодики планирования эксперимента. В работе были рассмотрены следующиеэкспериментальные данные:1. Данные пульсаций скорости, измеренные на кафедре гидравлики МГСУдатчиком динамического типа с плоским приемным элементом.

Измеренияпульсаций скорости проводились в прямоугольном лотке (ширина 0,3 м., длина7,8 м.) при различных наполнениях лотка при переменных гидравлическихуклонах, представлены в таблице 1.Таблица 1 – Данные пульсаций скорости, измеренные на кафедре гидравликиНИУ МГСУСерияопытов111122ВарьируемыйпараметрУклонУклонУклонУклонГлубина потокаГлубина потокаГлубинапотока (м)0,040,040,040,040,030,02Уклон0,0720,1520,2320,3700,2320,232Re (по среднейскорости)98 000130 000160 000198 00083 00050 000Fr (по среднейскорости)10,320,4329,6341,1822,1820,86λ0,0180,0170,0160,0150,0190,0212.

Данные экспериментов, полученных в рамках исследований воднойтурбулентности (США, Вашингтон, 1973), представлены в таблице 2.Таблица 2 – Данные, полученные в рамках исследований водной турбулентности(США, Вашингтон, 1973 г.)Серияопытов12345678Уклон0,0010,0010,0010,0010,0010,0010,0010,001Глубинапотока (м)0,0420,0580,0390,0420,0430,0440,0410,04Re (по среднейскорости)35 40013 10010 70029 3009 60046 30030 00027 400Fr (по среднейскорости)1,120,270,431,000,371,280,980,94λ0,0230,0290,0310,0240,0320,02150,0240,025893.

Собственные экспериментальные данные, полученные с помощьюизмерительного комплекса ЛАД-056 (Россия), реализующего бесконтактныеизмерения полного вектора скорости гидродинамических потоков методамилазерной доплеровской анемометрии. Измерения проводились в прямоугольномгидравлическом лотке (ширина 0,311 м., длина 12,5 м.) со стеклянными стенкамии стальным дном, представлены в таблице 3.Таблица 3 - Данные собственных измерений, выполненных с помощьюизмерительного комплекса ЛАД-056Серияопытов12345678Уклон0,0010,0010,0010,0010,010,010,010,01Глубинапотока (м)0,092850,106300,115000,124000,011200,024700,028800,03730Re (по среднейскорости)158 330185 310206 438222 98923 75481 03099 132136 761Fr (по среднейскорости)0,42610,43220,45230,44942,63733,34323,30183,1656λ0,01590,01520,01480,01460,02550,01880,01780,0165В ходе планирования собственных экспериментов были выявленыследующие особенности измерения турбулентности измерительных комплексомЛАД-056:- при удалении от ближней стенки лотка происходит снижение количестваизмеренных достоверных значений пульсаций скорости в единицу времени;- увеличение примесей в потоке повышает количество достоверныхизмерений пульсаций скорости в единицу времени;- невозможность измерения двух компонент скорости одновременно.В настоящей работе оперативные измерения комплексом ЛАД-056производились на расстоянии не более 120 мм.

Характеристики

Список файлов диссертации