Flaszyński P., Monografia 138. Strumieniowy generator wirów wzdłużnych. Mechanizm działania i zastosowanie do sterowania przepły

Praca dotyczy analizy wirów wzdłużnych generowanych przy pomocy strumienia (strugi) wydmuchiwanego do warstwy przyściennej przez otwór w ścianie. Interakcja wypływającego strumienia z przepływem wzdłuż ściany prowadzi do tworzenia się ukierunkowanego wiru, który może być wykorzystany do oddziaływania na strukturę przepływu oraz rozkład naprężeń wzdłuż przepływu za generatorem. Strumieniowe generatory wirów wzdłużnych są alternatywnym rozwiązaniem dla generatorów wirów typu stałego (blaszki, kliny).

W pierwszej części pracy przeprowadzono analizę formowania się wiru wzdłużnego oraz przedstawiono wpływ wybranych parametrów generatora wiru na jego intensywność i ewolucję w warstwie przyściennej. Podstawowymi parametrami strumieniowego generatora wirów są: średnica otworu względem grubości warstwy przyściennej, kąt nachylenia strugi względem kierunku przepływu i ściany kanału oraz stosunek prędkości wypływu strumienia z otworu i przepływu głównego. Analiza została wykonana dla pojedynczego generatora wiru i dotyczy przepływu poddźwiękowego i naddźwiękowego. W strukturze przepływu w pobliżu generatora wiru można wyróżnić trzy podstawowe wiry:

• wir główny – efekt oddziaływania strugą na przepływ główny,
• wir poboczny – wir wtórny o znacznie mniejszej intensywności,
• wir podkowiasty – formuje się przed strugą, a jego intensywność rośnie wraz ze wzrostem średnicy otworu.

Wydmuch strumienia z otworu umieszczonego w warstwie przyściennej przepływu naddźwiękowego powoduje lokalne spiętrzenie ciśnienia i jest przyczyną formowania się zaburzenia w postaci fali kompresji i ekspansji. Fala kompresji przed generatorem wirów jest asymetryczna, a jej asymetria jest zależna od nachylenia strugi.

Druga część pracy poświęcona jest modelowaniu przepływu ze strumieniowymi generatorami wirów w zastosowaniu do kontrolowania przepływu. Przedstawiono przypadek dyszy zbieżno-rozbieżnej z płaską ścianą testową, kanału z wypukłą zakrzywioną ścianą oraz transonicznej łopatki turbinowej. Reprezentują one różne konfiguracje przepływów wewnętrznych i zewnętrznych. Wykazano skuteczność zastosowania wirów wzdłużnych do redukcji oderwania warstwy przyściennej za falą uderzeniową. Optymalna odległość pomiędzy współobrotowymi wirami odniesiona do średnicy otworu powinna mieścić się w granicach L/D = 1015. Natomiast średnica otworów powinna być w granicach 20-25% grubości warstwy przyściennej.