Zkrácený přechod mezní vrstvy do turbulence při nepříznivém gradientu tlaku

Abstract

Cílem této práce bylo vyšetřit vliv nepříznivého tlakového gradientu (gradientu tlaku) na mezní vrstvu v laminárním a pseudolaminárním proudu vazké tekutiny při zkráceném přechodu mezní vrstvy do turbulence při spolupůsobení dalších okrajových podmínek (drsnost obtékaného povrchu, intenzita turbulence v nabíhajícím proudu). Praxe ukazuje, že přechod laminární mezní vrstvy do turbulence se často neděje podle „klasického scénáře“, ale probíhá tzv. „zkráceně“, angl. „bypass transition“. Současné experimentální metody umožňují velmi podrobné pozorování rychlostního pole napříč mezní vrstvou. Pomocí techniky tzv. žhaveného drátku je možné zachytit okamžité průběhy rychlostí v mezní vrstvě při velmi dobrém prostorovém i časovém rozlišení. Získaná data je možné následně podrobně matematicky analyzovat. Experimentálně byla vyšetřena řada případů přechodu mezní vrstvy do turbulence na rovinné desce s nepříznivým gradientem tlaku podél proudu v podmínkách pro tzv. zkrácený přechod mezní vrstvy do turbulence. Měření probíhala při různých okrajových podmínkách a při nepříznivém tlakovém gradientu podél vyvíjející se mezní vrstvy. Získaná data byla podrobně analyzována a výsledky byly porovnány s dřívějšími obecnějšími poznatky o vlivu nepříznivého tlakového gradientu získanými na školícím pracovišti i v literatuře. Výstupy této práce jsou také použitelné pro fyzikálně správnější a kvalitnější počítačové matematické modelování praktických úloh proudění. Správné modelování přechodu mezní vrstvy do turbulence a určení polohy a velikosti přechodové oblasti v mezní vrstvě je klíčové pro použitelnost těchto matematických modelů.

The aim of this work was to summarize and investigate the effect of the adverse pressure gradient on the boundary layer in viscous laminar or pseudolaminar flow by “bypass” transition with influence of other boundary conditions (roughness of the surface, turbulence intensity of the external flow). Praxis shows, that the transition process of the boundary layer into turbulence often does not occur according to the "classical scenario", but is so called "abbreviated", so called “bypass". The current possibilities of measuring techniques have enabled very detailed observation of the velocity field across the boundary layer and it is possible to capture instantaneous velocity signals of the flow field, inside and outside the boundary layer, using very good spatial and temporal resolution. Comprehensive series of test cases of bypass transition of the boundary layer into turbulence on a flat plate by adverse pressure gradient were investigated experimentally by various boundary conditions, with an emphasis on the presence of an adverse pressure gradient along the developing boundary layer. The obtained data was analyzed in detail and compared with results available in literature. The output of this work is useful for correct and high quality mathematical modeling of practical tasks with boundary layers in flow field. Proper quantitative and qualitative description of the boundary layer and the determination of the transition region is important to the credibility of these mathematical models.