Неустойчивость равновесных конфигураций винтовых вихрей

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы вихревой гидромеханики, связанной с проведением теоретических и экспериментальных исследований устойчивости равновесных конфигураций винтовых вихрей. Области приложения данной задачи чрезвычайно широки и разнообразны. Действительно, устойчивые конфигурации винтообразных вихрей неоднократно наблюдалась в различных вихревых потоках: в ядрах торнадо; после распада вихрей над дельтовидным крылом и в трубах; в вихревых камерах разной конфигурации и технологического назначения; при спаривании вихревых когерентных структур в турбулентных потоках; в следах за винтом, пропеллером, ветровой турбиной и пр. В силу своей сложности ранее задача рассматривалась только в плоской постановке для системы точечных вихрей, что не давало адекватного описания реальных структур. Для винтовых вихрей пока интенсивно исследовалась только задача о самоиндуцированном движении. Хотя более сложная задача устойчивости имеет неоспоримое значение, как для теоретической и практической гидромеханики, так и для многих других областей естествознания, где понятие ротора (вихря) является базовым. Ее полное решение с аналитическим видом корреляционных зависимостей и построением нейтральных кривых для различных равновесных конфигураций винтовых вихрей предполагается получить в ходе выполнения проекта. В экспериментальном плане проект также предусматривает решение оригинальной задачи по созданию новой методики диагностирования осциллирующих потоков с одновременным применением двух бесконтактных методов измерения: метода определения поля скорости по трекам частиц (PIV) и лазерную доплеровскую анемометрию (LDA). Только их комплексное использование позволит получить достоверную информацию о распределенных кинематических характеристиках прецессирующих конфигураций винтовых вихрей.

Построена теория винтовых вихрей, образующихся в закрученных течениях однофазных жидкостей. Ее значение для описания широко распространенных в природе и технике закрученных течений определяется тем, что при увеличении закрутки потока, как правило, нарушается осевая симметрия. Прямолинейная ось вихря искривляется и сворачивается в винтовую спираль, т.е. вихрь становится винтовым. Созданная теория позволила классифицировать и описать математически винтовые вихревые структуры. Результаты имеют фундаментальное значение для гидромеханики, физики атмосферы и океана и их разделов, связанных с теорией вихрей и турбулентностью; в практических приложениях – для технологий, использующих закрученные потоки (тепломассообмен, горение, энергоразделение, сепарирование примесей, гидро- и ветроэнергетика и пр.).