ИСТИНА

Теоретический анализ устойчивости двумерного периодического течения за круговым цилиндром относительно трехмерных возмущений показывает существование двух мод (А и В) со следующими значениями критического числа Рейнольдса Re и длины волны вдоль оси тела: Re𝐴 = 188,5 ± 1, Re𝐵 = 259 ± 2 и λ𝐴 = 3,96 ± 0,02, λ𝐵 = 0,822 ± 0,007 [D. Barkley, R.D. Henderson, J. Fluid Mech., 1996]. Эти моды наблюдаются в эксперименте и были впервые введены в экспериментальной работе [C.H.K. Williamson, Phys. Fluids, 1988]. Физическое объяснение природы возникновения мод A и B все еще обсуждается [T. Leweke, C.H.K. Williamson, Eur. J. Mech. B/Fluids., 1998; M.C. Thompson et al., J. Fluids Struct., 2001; K. Ryan et al., J. Fluid Mech., 2005; D. Barkley, Phys. Rev. E, 2005; F. Giannetti et al., J. Fluid Mech., 2010]. В настоящих исследованиях для более глубокого понимания физических причин возникновения мод A и B проводится анализ влияния каждого члена в уравнениях, описывающих изменение амплитуды возмущений (в линейном приближении). Действие каждого слагаемого имеет ясный физический смысл, поэтому они могут быть интерпретированы как механизмы, вызывающие рост и затухание возмущений. Для построения полей, определяющих эти механизмы, используются результаты численного решения трехмерных начально-краевых задач для уравнений Навье-Стокса. Анализ трехмерного обтекания цилиндра в ближнем следе позволил выделить области и механизмы, определяющие процесс перехода к трехмерности. Возникновение трехмерности происходит в результате неустойчивости течения в зоне формирования вихрей. Получено, что интервал роста возмущений примерно вдвое больше для моды А, чем для моды В. Показано, что моды А и В имеют две и одну стадии линейного роста возмущений соответственно. Две стадии роста возмущений моды А связаны с развитием возмущений в подобластях потока с различными свойствами. На первом этапе возмущения переносятся внутри эллиптической области (преобладает вращение жидких частиц), на втором этапе они входят в гиперболическую область (преобладает растяжение жидких частиц) сдвигового слоя. Скорость роста для второго этапа выше. Возмущения моды B развиваются в основном вне эллиптической области. Основным механизмом, ответственным за рост возмущений для обеих мод, является растяжение вихревых линий. Сдвиговые деформации вихревых линий основного потока отвечают за начальный рост возмущений внутри формирующихся вихрей основного течения для моды А. Однако условия возникновения этих возмущений могут быть созданы ранее сформированной продольной завихренностью в гиперболической области. Для моды B сдвиговые деформации вихревых линий в основном оказывают стабилизирующее влияние. Для обеих мод действие вязких сил вызывает уменьшение трехмерных возмущений. При выполнении работы использовались ресурсы суперкомпьютерного комплекса МГУ им. М.В. Ломоносова. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №18-01-00762).