И.В. Литвинов, Д.К. Шараборин, С.И. Шторк, С.В. Алексеенко 

ЛИТВИНОВ ИВАН ВИКТОРОВИЧ – инженер-исследователь (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН), аспирант (Новосибирский государственный университет, Новосибирск). E-mail: litvinov@itp.nsc.ru
ШАРАБОРИН ДМИТРИЙ КОНСТАНТИНОВИЧ – инженер-исследователь (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН), сотрудник (Новосибирский государственный университет, Новосибирск). E-mail:sharaborin.d@gmail.com
ШТОРК СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН), сотрудник (Новосибирский государственный университет, Новосибирск).
E-mail: shtork@itp.nsc.ru
АЛЕКСЕЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ – член-корреспондент РАН, директор (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН Новосибирск), профессор (Новосибирский государственный университет). E-mail:aleks@itp.nsc.ru
Пр-т Академика Лаврентьева, 1, Новосибирск, 630090

Применение трехкомпонентной стерео-PIV техники для измерения параметров винтового прецессирующего вихря в интенсивно закрученном потоке

Представлена экспериментальная работа, посвященная определению параметров прецессирующего винтового вихря на выходе из сопла тангенциального закручивающего устройства (диаметр сопла 52 мм, конструктивный параметр крутки 2.4). Опыты проводились для достаточно большего числа Рейнольдса, соответствующего области автомодельности течения с безразмерной частотой прецессии, не зависящей от Re. Средние и фазово-осредненные распределения скорости были получены с помощью трехкомпонентной стерео-PIV методики при использовании пульсаций давления в акустическом поле закрученной струи в качестве опорного сигнала, отслеживающего фазу прецессии вихря. Параметры винтовой вихревой структуры были определены на основе средних, а также фазово-осредненных распределений скорости. Полученные значения служили исходными данными для вычисления частоты прецессии винтового вихря на основе аналитической теории. Показано, что точность расчетов частоты прецессирующего вихревого ядра (ПВЯ) с использованием параметров, определенных из фазово-осредненных распределений, составила порядка 1% и около 10% – для параметров, определенных из средних профилей скорости. В последнем случае точность может рассматриваться вполне удовлетворительной для проведения инженерных расчетов и оценок параметров ПВЯ, тем более что эти оценки могут быть выполнены на основе менее затратных по времени и стоимости измерений.

Ключевые слова: прецессия вихря, винтовой вихрь, пульсации потока.

Litvinov I., Sharaborin D., Shtork S., Alekseenko S.

IVAN V. LITVINOV, Research Engineer, Institute of Thermophysics SB RAS; Post Graduate Student, Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia. 1, Lavrentiev Av., Novosibirsk, Russia, 630090, e-mail: litvinov@itp.nsc.ru
DMITRIJ K. SHARABORIN, Research Engineer, Institute of Thermophysics SB RAS; Employee, Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia. 1, Lavrentiev Av., Novosibirsk, Russia, 630090, e-mail: sharaborin.d@gmail.com
SERGEI I. SHTORK, PhD, Head of Laboratory, Institute of Thermophysics SB RAS; Employee, Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia. 1, Lavrentiev Av., Novosibirsk, Russia, 630090, e-mail: shtork@itp.nsc.ru
SERGEI V. ALEKSEENKO, Corresponding Member, RAS, Director, Institute of Thermophysics SB RAS; Professor, Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia. 1, Lavrentiev Av., Novosibirsk, Russia, 630090, e-mail:aleks@itp.nsc.ru

Application of a 3-C Stereo-PIV system for measurement of parameters of precessing helical vortex in a highly swirling flow

The article presents the experimental work dealing with the determination of the parameters of precessing the helical vortex emerging at the exit of a tangential swirler (the outlet nozzle diameter is 52 mm, the geometrical swirl number is 2.4). The experiments were carried out at highly turbulent flow conditions when non-dimensional precession frequency did not depend on the Reynolds number. The time-averaged and phase-averaged velocity distributions were obtained through the Stereo-PIV method using the pressure pulsations in the acoustic field of the swirling flow as a reference signal. The parameters of the helical vortex structure were obtained from the time-averaged velocity distributions as well as from the phase-averaged ones. The obtained parameters were employed as source data to calculate the precession frequency basing on the analytical theory. The study reveals that the accuracy of the precession frequency calculation when using the phase-averaged data makes up about 1 per cent and about 10 per cent when using the time-averaged data. In the latter case, the calculation precision may be considered as quite appropriate when carrying out engineering calculations and estimating the precessing vortex parameters. Such estimation may require less time and be less costly.

Key words: precessing vortex, helical vortex, flow pulsations.