ИСТИНА

В проекте предлагается работа над актуальными проблемами теплообмена и гидромеханики: экспериментальное исследование условий и механизмов ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое жидкости; управление теплообменом при импактном взаимодействии струй с поверхностью; накопление экспериментального материала для построения и тестирования моделей турбулентности вязких сред и создания бенчмарков для вычислительных пакетов; а также разработка и верификация новых экспериментальных методов, помогающих в решении данных задач. Новизна состоит в том, что для решения поставленных задач используются цифровые методы регистрации и анализа на основе высокоскоростной термографии быстропротекающих процессов, которая стала возможной лишь с появлением цифровой тепловизионной техники нового поколения. В основе используемого подхода - регистрация неизотермических динамических тепловых полей в пограничном слое жидкости через окна, прозрачные для инфракрасного излучения в рабочем диапазоне тепловизора (3.7-4.8 мкм). Поглощение водой излучения в данном диапазоне на субмиллиметровой глубине позволяет снимать информацию с тонкого слоя неизотермического приповерхностного течения. Цифровой анализ и предложенные методы обработки массивов тепловизионных анимаций впервые позволяют получать данные – панорамные и локальные - о динамике мгновенных и усредненных векторных полей скорости жидкости в пограничном слое; частотные, энергетические характеристики турбулентных пульсаций (частотой до 50 Гц); данные об эволюции гидродинамических структур в приповерхностном течении на глубине до 0.3-0.5 мм. В ходе проекта на первом этапе предлагается отработка, верификация, обоснование и определение пределов применимости новых экспериментальных методов на модельном течении «импактная струя» (относительное расстояние до стенки: 1-5, числа Рейнольдса струи — от 2000 до 30000, степень неизотермичности течения — до 40С). Решается задача пост-обработки и визуализации получаемых в каждом эксперименте массивов тепловизионных данных. На втором этапе — получение новых количественных данных при рассмотрении актуальных задач гидродинамики и теплообмена применительно к затопленным струйным течениям жидкости при различных конфигурациях и в широком диапазоне параметров эксперимента – фиксация зон ламинарно-турбулентного перехода на основе построения пульсационных полей и полей скорости, построение количественных зависимостей геометрических параметров ламинарной области от параметров подобия и др.

The project proposes to work on some current challenges in heat transfer and hydromechanics: the experimental investigations of the conditions and mechanisms of laminar-turbulent transition in the boundary layer of the liquid; the control of heat transfer during the impact interaction of jets with the surface; the accumulation of an experimental database for the development and testing of turbulence models and benchmarks for computational packages; as well as the development and verification of new experimental methods to help in solving these problems. The novelty lies in the fact that digital methods of registration and analysis based on high-speed infrared thermography, which became possible only with the advent of a new generation of digital thermal imaging technology, are used to solve the challenges. The approach used is based on the registration of non - isothermal dynamic thermal fields in the boundary layer of the liquid through windows that are transparent to infrared radiation in the operating range of the thermal camera (3.7-4.8 microns). The absorption of liquid water in this infrared waveband at a submillimeter depth allows extracting information from a thin layer of non-isothermal near-surface flow. Digital analysis and the proposed methods for processing thermal animation data allow, for the first time, obtaining data - panoramic and local - on the dynamics of instantaneous and averaged vector fields of fluid velocity in the boundary layer; spectral and energy characteristics of turbulent pulsations (with frequencies up to 50 Hz), data on the evolution of hydrodynamic structures in the near-surface flow at a depth of 0.3-0.5 mm. At the first stage of the project, it is proposed to test, verify, justify and determine the limits of applicability of new experimental methods on the model flow "impinging jet" (relative nozzle-to-plate distance: 1-5, jet Reynolds numbers — from 2000 to 30000, the degree of flow non-isothermality - up to 40C). The problem of post-processing and visualization of massive thermal data arrays obtained in each experiment is solved. At the second stage, it is proposed to obtain new quantitative data when considering the actual problems of hydrodynamics and heat transfer in relation to the submerged jet fluid flows of various configurations and in a wide range of experimental parameters - determining laminar-turbulent transition zones based on the pulsation fields and velocity fields, estimating the quantitative dependences of the geometric parameters of the laminar region on the similarity parameters, etc.