Новые способы формирования закрученных течений

Вихревая динамика жидкостей и газов – одно из наиболее сложных и, в то же время, фундаментальных направлений современной прикладной физики, механики и инженерной науки. Изучение структурированных закрученных потоков – от простейших спиральных струй до сложных тороидальных, самоподдерживающихся многомерных вихревых образований – представляет не только теоретический интерес, но и даёт огромный потенциал для практического применения в самых разных областях техники, энергетики, промышленности и естественных наук.

Тема искусственного управления закрученными потоками в последние десятилетия особенно актуализировалась в свете задач, связанных с энергосбережением, эффективным теплообменом, турбулентным и ламинарным смешиванием, плазменными технологиями, микрофлюидикой, а также развитием новых нетрадиционных средств движения (в том числе и безлопастных) и направленного импульсного воздействия на среду.

Одним из ключевых средств управления движением газов и жидкостей в открытых и полузамкнутых потоках является завихритель – относительно простое по форме, но сложное по воздействию устройство, предназначенное для передачи закрученного движения потоку среды.

Несмотря на кажущуюся простоту, при правильной геометрии и соблюдении оптимальных параметров, завихритель способен инициировать устойчивые вихревые образования, которые могут само организовываться, сохранять форму на значительных расстояниях и интенсивно обмениваться энергией с окружающей средой.

Предложены новые типы закручивающих устройств.

Опираясь на собственные экспериментальные наблюдения, автор последовательно рассматривает:

– Геометрию и кинематику новых закрученных структур;

– Особенности возбуждения вихрей в различных направлениях – вертикально, радиально, аксиально;

– Использование импульсного и непрерывного режимов для генерации вихревых структур;

– Средства визуализации и диагностики сформированных вихревых полей;

– Аналогии с природными вихревыми явлениями – смерчами, торнадо, океаническими вихрями, атмосферными куполами.