Определение гидродинамических сил, действующих на тело в нестационарном потоке, по характеристикам течения на удаленной контрольной поверхности

А.Н. Нуриев¹ , А.М. Камалудинов² , О.Н. Зайцева¹

¹Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

²Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, г. Казань, 420111, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2541-7746.2022.4.302-315

Для цитирования: Нуриев А.Н., Камалудинов А.М., Зайцева О.Н. Определение гидродинамических сил, действующих на тело в нестационарном потоке, по характеристикам течения на удаленной контрольной поверхности // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2022. – Т. 164, кн. 4. – С. 302–315. – doi: 10.26907/2541-7746.2022.4.302-315.

For citation: Nuriev A.N., Kamalutdinov A.M., Zaitseva O.N. Determination of hydrodynamic forces acting on the body in an unsteady viscous flow using characteristics of the flow on the control surface. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2022, vol. 164, no. 4, pp. 302–315. doi: 10.26907/2541-7746.2022.4.302-315. (In Russian)

Аннотация

В работе рассмотрен вопрос о вычислении гидродинамических сил, действующих на тело в нестационарном потоке, по характеристикам течения на удаленной контрольной поверхности. Получены общие формулы для определения гидродинамических сил как в трехмерной, так и в двумерной постановках, проведен анализ структуры формул, на базе нескольких задач показано значение их членов. С помощью представленного подхода проведено исследование гидродинамического воздействия на цилиндрическое тело произвольной формы сечения в осцилляционном потоке, по результатам которого построены универсальные зависимости гидродинамических сил от параметров колебания.

Ключевые слова: гидродинамические силы, вязкая жидкость, уравнение Навье – Стокса, нестационарное обтекание тела, периодическое движение

Благодарности. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проект № 19-38-60023, разд. 1) и РНФ (проект № 22-79-10033, разд. 2–4).

Литература

1. Wu J.C. Theory for aerodynamic force and moment in viscous flows // AIAA J. – 1981. – V. 19, No 4. – P. 432–441. – doi: 10.2514/3.50966.
2. Dynnikova G.Ya. Forces exerted on a body in an unsteady vortex separation flow of an ideal incompressible fluid // Fluid Dyn. – 2001. – V. 36, No 2.– P. 285–295. – doi: 10.1023/A:1019294303580.
3. Dynnikova G.Ya., Andronov P.R. Expressions of force and moment exerted on a body in a viscous flow via the flux of vorticity generated on its surface // Eur. J. Mech. B/Fluids. – 2018. – V. 72. – P. 293–300. – doi: 10.1016/j.euromechflu.2018.06.002.
4. Chang Ch.-C., Yang Sh.-H., Chu Ch.-Ch. A many-body force decomposition with appli- cations to flow about bluff bodies // J. Fluid Mech. – 2008. – V. 600 – P. 95–104. – doi: 10.1017/S0022112008000396.
5. Chin D.D., Lentink D. Fluid moment and force measurement based on control surface integration // Exp. Fluids. – 2020. – V. 61. – Art. 18, P. 1–19. – doi: 10.1007/s00348-019-2838-7.
6. Noca F. On the evaluation of time-dependent fluid-dynamic forces on bluff bodies: Ph.D. Thesis. – Pasadena: Calif. Inst. Technol., 1997. – xiv, 157 p. – doi: 10.7907/K2Z0-9016. – URL: https://resolver.caltech.edu/CaltechETD:etd-08102005-132659.
7. Shrestha B., Ahsan S.N., Aureli M. Experimental study of oscillating plates in viscous fluids: Qualitative and quantitative analysis of the flow physics and hydrodynamic forces // Phys. Fluids. – 2018. – V. 30, No 1. – Art. 013102, P. 1–16. – doi: 10.1063/1.5001330.
8. Wang C.-Y. On high-frequency oscillatory viscous flows // J. Fluid Mech. – 1968 – V. 32, No 1. – P. 55–68. – doi: 10.1017/S0022112068000583.
9. Nuriev A.N., Egorov A.G. Asymptotic investigation of hydrodynamic forces acting on an oscillating cylinder at finite streaming Reynolds numbers // Lobachevskii J. Math. – 2019. – V. 40, No 6. – P. 794–801. – doi: 10.1134/S1995080219060180.
10. Nuriev A.N., Egorov A.G., Kamalutdinov A.M. Hydrodynamic forces acting on the elliptic cylinder performing high-frequency low-amplitude multi-harmonic oscillations in a viscous fluid // J. Fluid Mech. – 2021. – V. 913. – Art. A40, P. 1–27. – doi: 10.1017/jfm.2020.1180.
11. Saffman P.G. Vortex Dynamics. – Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1993. – xiv, 312 p. – doi: 10.1017/CBO9780511624063.
12. Бетчелор Дж. К. Введение в динамику жидкости. – М.: Мир, 1973. – 758 c.

Поступила в редакцию

19.09.2022

Нуриев Артем Наилевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры аэрогидромеханики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Artem.Nuriev@kpfu.ru

Камалутдинов Айрат Марсович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИЛ 53

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ

ул. К. Маркса, д. 10, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: amkamalutdinov@mail.ru

Зайцева Ольга Николаевна, кандидат педагогических наук, старший научный сотрудник НИЛ «Интеллектуальные биомиметические и природосообразные системы»

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: olga_fdpi@mail.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.