Введение
1 Пограничный слой на вращающихся осесимметричных телах 20
1.1 Ламинарный режим течения 21
1.1.1 Точные аналитические решения 21
1.1.2 Приближенные решения уравнений ламинарного пограничного слоя методами разложения в ряды 23
1.1.3 Интегральные методы решения уравнений ламинарного пограничного слоя 25
1.1.4 Численные методы решения уравнений ламинарного пограничного слоя 27
1.2 Турбулентный режим течения 31
1.2.1 Интегральные методы для турбулентного пограничного слоя 31
1.2.2 Алгебраические модели турбулентности 33
1.2.3 Модели турбулентности, описываемые дифференциальными уравнениями 37
1.3 Экспериментальные исследования пограничного слоя 40
1.3.1 Исследования вращающегося диска 40
1.3.2 Исследования вращающихся конусов и сфер 42
1.3.3 Исследования вращающегося цилиндра 43
1.3.4 Исследования пограничного слоя на вращающихся осесимметричных телах сложной формы 45
1.3.5 Исследования закрученного потока
в каналах и диффузорах 46
1.4 Цели и задачи исследования 47
2 Математическая модель пространственного осесимметричного пограничного слоя 50
2.1 Система координат на вращающихся осесимметричных телах 50
2.2 Уравнения пограничного слоя 51
2.3 Вычисление коэффициента турбулентной вязкости 52
2.4 Приведение уравнений пограничного слоя к безразмерному виду 56
2.5 Конечно-разностный вид дифференциальных уравнений осесимметричного пограничного слоя 62
2.6 Линеаризация конечно-разностных уравнений по Ньютону 64
2.7 Матричный вид уравнений пограничного слоя 67
2.8 Решение уравнений пограничного слоя методом матричной прогонки 69
2.9 Начальные профили 69
2.10 Определение скорости потока на внешней границе пограничного слоя для внутренней задачи 71
3 Программа vertel - реализация модели осесимметричного пограничного слоя в системе MATLAB 74
3.1 Алгоритм программы Vertel 74
3.2 Интерфейс программы Vertel 78
3.3 Настройка алгоритма 82
3.4 Расчет пограничного слоя при внешнем обтекании осесимметричных тел 84
3.5 Использование k-s модели турбулентности 87
3.6 Течение в осесимметричных каналах 91
4 Расчет пограничного слоя на вращающихся осесимметричных телах и каналах 99
4.1 Осевое обтекание полутела вращения 99
4.2 Обтекание вращающегося шара 103
4.3 Течение внутри вращающегося конического диффузора 109
5 Экспериментальное исследование потока в коническом диффузоре с вращающейся стенкой и на его выходе 113
5.1 Общее описание экспериментального стенда 113
5.2 Модели диффузоров 115
5.3 Установка вращения диффузора 117
5.4 Привод вращения установки 120
5.5 Методика эксперимента 122
5.6 Обработка изображений PIV метода 127
5.7 Течение в диффузоре с углом раскрытия 10
и на его выходе 130
5.8 Течение на выходе из диффузора с углом раскрытия 30 137
5.9 Метод ортогональной декомпозиции для описания нестационарного течения 140
5.10 Сравнение результатов эксперимента по исследованию потока воздуха во вращающемся коническом диффузоре и результатов расчета пограничного слоя методом конечных разностей 142
Заключение 144
Список использованных источников 146
