Архив номеров

Проведено численное исследование эволюции возмущений в развитых турбулентных течениях в плоском канале при числах Рейнольдса до Re_τ=586. Рассчитанные на основе решения несжимаемых уравнений Навье-Стокса установившиеся турбулентные течения используются затем в качестве основных течений для изучения процесса развития возмущений. Найдены значения старшего показателя Ляпунова (СПЛ) λ₁, определены мгновенные и статистические свойства соответствующего старшего ляпуновского вектора (СЛВ). При произвольных начальных условиях выход возмущений на режим экспоненциального роста ~exp(λ₁t) происходит за время Δt⁺<50. Обнаружено, что значение СПЛ увеличивается с ростом числа Рейнольдса от λ₁⁺≈0.021 при Re_τ=180 до λ₁⁺≈0.026 при Re_τ=586. СЛВ проявляется в виде локализованных во времени и пространстве пятен повышенной интенсивности пульсаций, концентрирующихся в области буферного слоя. Распределения среднеквадратичных интенсивностей пульсаций скорости и завихренности в СЛВ качественно близки к соответствующим распределениям в основном течении с искусственно удаленными из него пристенными полосами. Отличием является бóльшая концентрация возмущений в окрестности буферного слоя y⁺=10−30 и относительно бóльшая (примерно на 80%) амплитуда пульсаций завихренности. Основываясь на энергетических спектрах пульсаций скорости и завихренности, определены интегральные пространственные масштабы структур в поле СЛВ. Обнаружено, что структуры СЛВ в среднем вдвое ýже и вдвое короче соответствующих структур основного течения. Определен вклад каждого из слагаемых, входящих в выражение для производства кинетической энергии возмущений. Показано, что процесс развития возмущений существенным образом диктуется неоднородностью основного течения, а также присутствием в нем трансверсального движения. Пренебрежение этими факторами ведет к значительной недооценке скорости роста возмущений. Наличие пристенных полос в основном течении наоборот не играет заметной роли в развитии возмущений СЛВ. Искусственное удаление полос из поля основного течения не меняет характера роста возмущений.