The influence of laminarizers on the turbulent boundary layer and prediction of effective flow conditions around surfaces

Abstract

The development of effective methods for boundary layer laminarization is a fundamental task for the efficient and reliable operation of power equipment. The main objective of the work is to study the effect of a damping surface on flows in the boundary layer occurring in complex gas-dynamic conditions and to implement a method for predicting effective conditions for flow past damp-ing surfaces. The implementation of the mathematical model allows performing calculations and creat-ing a database for analyzing and selecting the most effective conditions for using a damping surface. To achieve the set goal, the following tasks were solved: development of a damping surface, complex experimental studies of wall flows on models with a damping surface, systematization of experimental data results, development of an original semi-empirical model of turbulent transfer in the boundary layer on a damping surface with its subsequent implementation in a software package for studying the boundary layer in a wide range of gas-dynamic conditions with external intense effects. The most im-portant result of the work is the development of a method for laminarization of the boundary layer by means of a damping surface, the operating principle of which is to suppress turbulent pulsations of velocity and pressure near the streamlined surface. The significance of the obtained results lies in the proposal of a method for laminarization of the turbulent boundary layer and a technique for predicting effective conditions of flow past surfaces, to reduce turbulent friction and increase the efficiency of surface cooling.

Dezvoltarea unor metode eficiente de laminarizare a stratului limită este o sarcină fundamentală pentru funcționarea eficientă și fiabilă a echipamentelor de putere. Obiectivul principal al lucrării este de a studia efectul unei suprafețe de amortizare asupra debitelor din stratul limită care apar în condiții gazodinamice complexe și de a implementa o metodă de predicție a condițiilor efective pentru curgerea peste suprafețele de amortizare. Implementarea modelului matematic permite efectuarea de calcule și crearea unei baze de date pentru analizarea și selectarea celor mai eficiente condiții de utilizare a unei suprafețe de amortizare. Pentru atingerea scopului stabilit, au fost rezolvate următoarele sarcini: dezvoltarea unei suprafețe de amortizare, studii experimentale complexe ale fluxurilor de pereți pe modele cu suprafață de amortizare, sistematizarea rezultatelor datelor experimentale, dezvoltarea unui model semiempiric original de transfer turbulent în stratul limită pe o suprafață de amortizare cu implementarea sa ulterioară într-un pachet software pentru studiul unui interval larg de efecte dinamice ale stratului limită de gaze intense. Cel mai important rezultat al lucrării este dezvoltarea unei metode de laminarizare a stratului limită prin intermediul unei suprafețe de amortizare, al cărei principiu de funcționare este acela de a suprima pulsațiile turbulente de viteză și presiune în apropierea suprafeței raționalizate. Semnificația rezultatelor obținute constă în propunerea unei metode de laminarizare a stratului limită turbulent și a unei tehnici de predicție a condițiilor efective de curgere pe lângă suprafețe.

Турбулентный пограничный слой обусловлен нестационарными течениями, протекающими в сложных газодинамических условиях. Разработка эффективных способов ламинаризации пограничного слоя является фундаментальной задачей для эффективной и надежной эксплуатации энергетического оборудования. Реализация методов и инструментов для исследования и прогнозирования течений в пограничном слое позволяет разрабатывать эффективные научно-технические решения. Перспективной технологией для ламинаризации пограничного слоя является демпфирующая поверхность. Основная цель работы заключается в исследовании влияния демпфирующей поверхности на течения в пограничном слое, протекающие в сложных газодинамических условиях и реализации метода для прогнозирования эффективных условий обтекания демпфирующих поверхностей. Важную роль в реализации предлагаемого подхода занимает математическое моделирование течений в пограничном слое при сложных газодинамических и тепловых условиях. Реализация математической модели позволяет проводить вычисления и создать базу данных для анализа и выбора наиболее эффективных условий применения демпфирующей поверхности. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: разработка демпфирующей поверхности, проведение комплексных экспериментальных исследований пристенных течений на моделях с демпфирующей поверхностью, систематизация результатов экспериментальных данных, выявление закономерностей ламинаризации пограничного слоя, разработка оригинальной полуэмпирической модели турбулентного переноса в пограничном слое на демпфирующей поверхности с последующей её реализацией в программном комплексе для исследования пограничного слоя в широком спектре газодинамических условий с внешними интенсивными воздействиями. Наиболее важным результатом работы является разработка способа ламинаризации пограничного слоя посредством демпфирующей поверхности, принцип работы которого заключается в подавлении турбулентных пульсаций скорости и давления вблизи обтекаемой поверхности. Значимость полученных результатов заключается в предложении способа ламинаризации турбулентного пограничного слоя и методики прогнозирования эффективных условий обтекания поверхностей, для снижения турбулентного трения и увеличения эффективности охлаждения поверхностей.