danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2019-63-5-627-632dan-790Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESТурбулентные характеристики развитого пограничного слоя в каналеTurbulent characteristics of the developed boundary layer in the channelЖдановВ. Л.ZhdanovValery L.

Жданов Валерий Львович - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник.

Ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Zhdanov Valery Lvovich - D. Sc. (Engineering), Leading researcher.

valery.zhdanov@hmti.ac.byИвановД. А.IvanovDimitry A.

Иванов Дмитрий Александрович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник.

Ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Ivanov Dimitry Alexandrovich - Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior researcher.

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk

divanov@hmti.ac.byСмульскийЯ. И.SmulskijJaroslav I.

Смульский Ярослав Иосифович - ведущий специалист.

Пр. Академика Лаврентьева, 1, 630090, Новосибирск

Smul’skii Jaroslav Iosiphovich - Leading specialist.

1, Academician Lavrentiev Ave., 630090, Novosibirsk

smul@ngs.ruТереховВ. И.TerekhovViktor I.

Терехов Виктор Иванович - доктор технических наук, заведующий отделом, профессор.

Пр. Академика Лаврентьева, 1, 630090, Новосибирск

Terekhov Viktor Ivanovich - D. Sc. (Engineering), Head of the Department, Professor.

1, Academician Lavrentiev Ave., 630090, Novosibirsk

terekhov@itp.nsc.ruИнститут тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова, Национальная академия наук БеларусиLuikov Heat and Mass Transfer Institute, National Academy of Sciences of BelarusИнститут теплофизики им. С. С. Кутателадзе, Сибирское отделение Российской академии наукKutateladze Institute of Thermophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова, Национальная академия наук БеларусиKutateladze Institute of Thermophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences201907112019635627632Copyright © Жданов В.Л., Иванов Д.А., Смульский Я.И., Терехов В.И., 20192019Жданов В.Л., Иванов Д.А., Смульский Я.И., Терехов В.И.Zhdanov V.L., Ivanov D.A., Smulskij J.I., Terekhov V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/790

Представлено академиком О. Г. Пенязьковым

Методом крупных вихрей (LES) с использованием пакета OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) выполнен расчет и анализ средней скорости, пульсаций, пространственных корреляций пульсаций скорости и волновых спектров пульсаций компонент скорости в развитом трехмерном турбулентном пограничном слое. Пограничный слой формировался при течении воды со средней скоростью 0,3 м/с в плоском канале размерами 50 х 125 х 850 мм (высота, ширина и длина соответственно). Скорость на входе в канал задавалась по закону 1/7. Число Рейнольдса, рассчитанное по половине высоты канала, равнялось 7500. Расчеты выполнены на двух координатах y+ = 10 и 40, т. е. в буферной и логарифмической областях пограничного слоя. Исследования показали, что в буферной области формируются вихревые структуры, которые сохраняют свою идентификацию и в начале логарифмической области (y+ = 40). Эти структуры формируют пакеты из вихрей различного масштаба. Размер этих пакетов в поперечном сечении существенно меньше, чем их длина. Дискретные пакеты слабо взаимодействуют между собой поперек пограничного слоя, что проявляется в постоянстве энергетического спектра в широком интервале волновых чисел.

Communicated by Academician Oleg G. Penyazkov

Mean velocity, fluctuations, spatial correlations and wave number spectra were calculated and analyzed by the LES method using the software OpenFOAM for solution of the task of the developed 3D turbulent boundary layer. The layer was formed in water flowing in the 50 х 125 х 850 mm flat channel (height, width and length, respectively) at a mean entrance velocity of 0.3 m/s that results in the Reynolds number based on the half channel height equal to 7500. The velocity profile at the channel entrance was set by the law 1/7. The turbulent parameters were calculated on two coordinates: y+ = 10 and 40, i. e. in the buffer and logarithmic regions of the boundary layer. The study showed that the vortex structures were generated in the buffer region; they were still identified at the beginning of the logarithmic region (y+ = 40). These structures form vortex packets whose scale in the transverse direction is much less than their length. The vortex packets weakly interact with each other in the transverse direction, which results in an almost constancy of the energy spectrum within a broad wave number range.

пограничный слойпульсациикорреляции пульсацийспектры пульсацийturbulent boundary layerLESspatial correlationwave number spectraРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского фонда фундаментальных исследований (грант Т18Р-018) и Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-58-00011)The work was sponsored by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (grant Т18Р-018) and the Russian Foundation for Fundamental Research (grant 18-58-00011)ReferencesZhou, J. Autogeneration of near-wall vortical structures in channel flow / J. Zhou, R. J. Adrian, S. Balachandar // Phys. Fluids. - 1996. - Vol. 8, N 1. - P. 288-290. https://doi.org/10.1063Z1.868838Zhou J., Adrian R. J., Balachandar S. Autogeneration of near-wall vortical structures in channel flow. Physics of Fluids, 1996, vol. 8, no. 1, pp. 288-290. https://doi.org/10.1063A.868838Adrian, R. J. Vortex organization in the outer region of the turbulent boundary layer / R. J. Adrian, C. D. Meinhart, C. D. Tomkins // J. Fluid Mech. - 2000. - Vol. 422. - P. 1-54. https://doi.org/10.1017/s0022112000001580Adrian R. J., Meinhart C. D., Tomkins C. D. Vortex organization in the outer region of the turbulent boundary layer. Journal of Fluid Mechanics, 2000, vol. 422, pp. 1-54. https://doi.org/10.1017/s0022112000001580Pope, S. B. Turbulent Flows / S. B. Pope. - Cambridge, 2000. - 771 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511840531Pope S. B. Turbulent Flows. Cambridge, 2000. 771 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511840531Schumann, U. Subgrid scale model for finite difference simulations of turbulent flows in plane channels and annuli / U. Schumann // J. Comp. Phys. - 1975. - Vol. 18, N 4. - P. 376-404. https://doi.org/10.1016/0021-9991(75)90093-5Schumann U. Subgrid scale model for finite difference simulations of turbulent flows in plane channels and annuli. Journal of Computational Physics, 1975, vol. 18, no. 4, pp. 376-404. https://doi.org/10.1016/0021-9991(75)90093-5Kim, J. Turbulence statistics in fully developed channel flow at low Reynolds number / J. Kim, P. Moin, R. Moser // J. Fluid Mech. - 1987. - Vol. 177. - P. 133-166. https://doi.org/10.1017/s0022112087000892Kim J., Moin P., Moser R. Turbulence statistics in fully developed channel flow at low Reynolds number. Journal of Fluid Mechanics, 1987, vol. 177, pp. 133-166. https://doi.org/10.1017/s0022112087000892Pan, Ch. Passive control of near-wall turbulence by means of roughness elements / Ch. Pan, J. Wang // Procedia IUTAM. - 2015. - Vol. 17. - P. 101-109. https://doi.org/10.1016/j.piutam.2015.06.014Pan Ch. Passive control of near-wall turbulence by means of roughness elements. Procedia IUTAM, 2015, vol. 17, pp. 101-109. https://doi.org/10.10167j.piutam.2015.06.014Kreplin, H. Behavior of the three fluctuating velocity component in the wall region of a turbulent channel flow / H. Kreplin, H. Eckelmann // Phys. Fluids. - 1979. - Vol. 22. - P. 1233. https://doi.org/10.1063/L862737Kreplin H., Eckelmann H. Behavior of the three fluctuating velocity component in the wall region of a turbulent channel flow. Physics of Fluids, 1979, vol. 22, p. 1233. https://doi.org/10.106371.862737

The authors declare that there are no conflicts of interest present.