ИСТИНА

Течение в круглой трубе достаточно хорошо изучено и очень часто применяется в технических устройствах. Но при этом остаются еще мало изученные вопросы, такие как: механизм поддержания турбулентности, условия перехода к турбулентному течению, определение величины нижнего критического числа Рейнольдса. Экспериментально турбулентное течение в круглой трубе наблюдалось только при числах Рейнольдса выше 1800, когда ламинарный поток с параболическим профилем скорости возмущался при помощи шести мини струй [1]. При этом, в расчетной работе [2], где для того чтобы возник переход от ламинарного (с равномерным профилем скорости на входе) к турбулентному течению, требовалось задавать очень большие возмущения на входе в трубу, которые трудно реализуемы в эксперименте, а также, при таких возмущениях, неизбежно сильно будет искажаться профиль средней скорости. В данной работе исследуется зависимость критического числа Рейнольдса в круглой трубе, от величины и характера вносимого возмущения. Расчеты течения в круглой трубе проведены по трёхпараметрической RANS-модели турбулентности [3]. На входе в трубу задавался ламинарный поток с параболическим профилем скорости, при числах Рейнольдса (Re) от 900 до 2100. Расчет проводился на длине 400 диаметров трубы. Возмущение в ламинарное течение вносилось двумя способами. В первом случае, возмущение задавалось равномерным распределением параметров: энергии турбулентности – E, масштаба турбулентности – L и напряжения Рейнольдса – τ в начальном сечении трубы. Во втором случае, возмущение было локализовано, оно вводилось в течение на расстоянии 10 диаметров от входа и задавалось функциями для E, L, τ - с распределениями в виде «колокола» (с заданной максимальным значением на определенном радиусе и шириной распределения). Развитие возмущений, может происходить только при числах Рейнольдса больше ~1000, при меньших значениях Re все возмущения затухают. Было показано, что внесенное возмущения вниз по потоку развиваются, только на определенном радиусе от центра канала, там, где наибольший поперечный градиент средней скорости. Получена зависимость критического числа Рейнольдса от величины и характера вносимого возмущения. Как показали расчеты, сформированные таким образом, возмущения волне можно реализовать в эксперименте и при этом получить переход к турбулентному течению вниз по потоку, при числах Рейнольдса меньше 1800. В первом варианте, можно сделать возмущения, при помощи, решетки (установленной в канале), во втором - при помощи, цилиндрического кольца (установленного на определенном радиусе трубы). Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант №. 25-19-00278.