Загуменний Я. В. Задачі керування структурою нестаціонарних течій та інтегральними характеристиками обтічних тіл

Дисертаційну роботу присвячено дослідженню закономірностей хвиле- та вихроутворення навколо обтічних тіл, що можуть здійснювати нестаціонарні рухи, в однорідній та стратифікованій в’язких рідинах. У роботі вивчаються процеси взаємодії різномасштабних структурних елементів течій у примежових шарах та у супутньому сліді за обтічними тілами, визначається взаємозв’язок структури течій з локальними та інтегральними гідродинамічними характеристиками обтічних тіл. Розроблено методику керування нестаціонарною структурою течій та інтегральними характеристиками обтічних тіл на основі нових алгоритмів прямого чисельного розв’язання задач обтікання тіл, що здійснюють нестаціонарні рухи за заданим законом у потоці рідини. Побудовано алгоритм чисельного розв’язання зв’язаних задач механіки в’язкої нестисливої рідини і в’язкопружного тіла з використанням метода скінченного об’єму на базі оригінальних програмних кодів власної розробки відкритого пакету OpenFOAM. На основі розробленого алгоритму чисельного моделювання течій неперервно стратифікованої рідини вперше виконано високороздільні розрахунки стратифікованих течій навколо перешкод різної форми в широкому діапазоні чисел Рейнольдса і Фруда, починаючи з надповільних течій, індукованих дифузією на нерухомій непроникній перешкоді, й аж до нестаціонарного вихрового режиму течії, що відповідає перехідним значенням числа Рейнольдса. Проведено серії порівнянь розрахованих полів стратифікованої течії з відповідними тіньовими зображеннями лабораторних досліджень. Встановлено взаємозв’язок вихрової структури течії в примежовому шарі з гідродинамічними характеристиками обтічної поверхні з локальним джерелом збурення у формі біжучої хвилі заданої амплітуди, частоти і фазової швидкості та визначено параметри біжучої хвилі на обтічній поверхні, при яких якнайдовше зберігається детермінована вихрова структура течії вниз за потоком, що відповідає ефекту затягування переходу течії в примежовому шарі в розвинений турбулентний режим. Визначено умови приєднання відривної течії на коливному криловому профілі, що здійснює вимушені обертально-коливальні рухи в потоці в’язкої нестисливої рідини, а також умови виникнення інтенсивної пропульсивної сили на криловому профілі з гнучким хвостовиком – моделі хвостового плавника гідробіонта. Визначено співвідношення між пружними характеристиками, довжиною і частотою локального активного збудження вязкопружного хвостовика крилового профілю, при якому вимушені та вільні коливання деформівного елементу знаходяться в протифазі, що відповідає найбільшому пропульсивному ефекту крила.