DOI: https://doi.org/10.20535/2521-1943.2018.2.135987

Vortex motion inside of the cross-streamlined trench

V. N. Turick, V. A. Voskoboinick, A. V. Voskoboinick

Abstract


Abstract. The background is experimental study of the forming and evolution features of the vortex structures which are generated
inside of the cross-streamlined trenches of different depth and length.
Purpose. The objective is by means of visualization with photo and video shooting of gas or fluid current pictures in the interior of
semi-cylindrical and oval trenches situated on a flat plate to discover the liquid particles trajectories and the objective laws of
vortices nucleation and ejections to cocurrent flow.
Design/methodology/approach. The investigation was carried out in a wind tunnel and hydrodynamic flume using flow visualization
in different current regimes above plate with cavities. In experiments smoke visualization, contrasting dyes and water-soluble
coating were used for determination of integral pictures of the vortex systems disposition and interaction, taking into account
distinction between its scales.
Findings. Regularity of the vortex movement evolution, identification of the local places of vortex structures formation allowed to
estimate their sizes, to fix frequencies and location of ejections of small- and large-scale vortex structures out of the trenches
depending on flow regimes of the plate with cavity. Received data are useful in the quest for new methods of energy and mass
exchange control on streamlined surfaces of thermal, nuclear power plants, flying machines and marine vessels.


Keywords


cross-streamlined trench; wind tunne; hydrodynamic flume; flow visualization; vortex structure

References


Khalatov, A.A. (2005), Teploobmen i gidrodinamika okolo poverkhnostnykh uglublenii (lunok), [Heat transfer and fluid mechanics over surface indentations (dimples)], IETP NASU, Kiev, Ukraine.

Gortushov, Yu.F., Popov, I.A., Olimpiev, V.V. and dr. (2009), Teplogidravlicheskaya effektivnostperspektivnukh sposobov intensifikacii teplootdachi v kanalakh teploobmennogo oborudovaniya, [Heat-hydraulic efficiency of perspective methods of intensification of heat transfer in the channels of heat-exchange equipment], Tsentr innovatcionnykh tekhnologii, Kazan, Russia.

Kovalenko, G.V., Terekhov, V.I. and Khalatov, A.A. (2010), “Flow regimes in a single dimple on the channel surface”, Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, vol. 51, no. 6, pp. 839–848.

Voropaev, G.A., Voskoboinick, A.V., Voskoboinick, V.A. and Isaev, S.A. (2009), “Vizualizaciya laminarnogo obtekaniya oval’nogo uglubleniya, Applied Hydromechanics, vol. 11, no. 4, pp. 31–46.

Isaev S., Voropaev, G. and Grinchenko, V. (2010), “Drag reduction of lifting surfaces at the use of oval dimples as vortex generators”, Abstract of the European Drag Reduction and Flow Control Meeting “EDRFCM 2010”, Kyiv, Ukraine, 2–4 Sept., pp. 7–8.

Voskoboinick, V. and Voskoboinick, A. (2015),Noise and separation reduction by the dimpled surfaces”, Proc. Intern. Conf. and Exhibition on Automobile Engineering, Valencia, Spain, 1–2 Sept., vol. 4, no. 1, p. 51.

Kiknadze, G.I., Gachyechiladze, I.A., Oleynikov, V.G. and Gorodkov, A.Yu. (2008), “Samoorganizatsiya smyerchyeobraznykh strui v potokakh sploshnoi sredy i teknologii, soprovozhdayushchie eto yavlenie”, [Selforganization of tornado-imaginable jets in streams of continuous media and technologies escorting this phenomenon], Heat-mass exchange and hydrodynamics in swirling flows: III-th Intern. Conf., Moscow, Russia, pp. 1–3.

Tay, C.M., Chew, Y.T., Khoo, B.C. and Zhao, J.B. (2014), “Development of flow structures over dimples”, Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 52, pp. 278–287.

Van Oudheusden, B.W., van Nesselrooij, M., Veldhuis, L.L.M. and Schrijer, F.F.J. (2016), “Drag reduction by means of dimpled surfaces in turbulent boundary layers”, Exp. Fluids, vol. 57, pp. 142-1–14.

Basley, J., Pastur, L.R., Delprat, N. and Lusseyran, F. (2013), “Space-time aspects of a three-dimensional multi-modulated open cavity flow”, Physics of Fluids, vol. 25, no. 6, pp. 064105-1–25.

Voskoboinick, V.A., Voskoboinick, A.V. and Voskoboinick, A.A. (2012), “Vukhroutvorennya usereduni poperechno obtichnoi oval’noi lunky”, Applied Hydromechanics, vol. 14, no. 4, pp. 37–46.

Voskoboinick, V.A. and Voskoboinick A.V. (2014), “Cogerentni vukhrovi structury v poperechno obtichnii oval’nii luntsi”, Science-Based Technologies, vol. 22, no. 2, pp. 229–235.

Тurick, V.N., Voskoboinick, V.A. and Voskoboinick, A.V. (2016) “Upravlenie structuroi techeniya vnutri polutsilindricheskogo uglubleniya”, Journal of Mechanical Engineering NTUU “Kyiv Polytechnic Institute”, vol. 78, pp. 112–123, DOI: http://dx.doi.org/10.20535/2305-9001.2016.78.85329

Тurick, V.N., Babenko, V.V., Voskoboinick, V.A. and Voskoboinick, A.V. (2016), “Vukhrovi structury useredyni obtichnoi napivtsulindruchnoi transhei ta keruvannia nymy” [Vortex structures inside streamlined halfcylindrical trench and control by them], Materialy XXI Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsiiGidroaeromechanika v inzhenernii praktytsi [Materials of XXI International Scientific and Technical Conference “Fluid Mechanics in Engineering Practice”], 24–27 May, pp. 17–18, Kyiv, Ukraine.

Voskoboinick, V.A. and Voskoboinick, A.V. (2016), “Pole shvydkosti ta vykhrovyi rukh useredyni napivtsylindruchnoi transhei”, Industrial heat engineering, vol. 38, no. 4, pp. 11–20.

Voskoboinick, V.A. (2013), “Prostorovo-chasovi kharacterystyky kogerentnykh structur, poliv shvydkosti ta tysku u lunkovykh generatorakh vykhoriv” [Space-time characteristics of coherent structures, velocity and pressure fields into the dimpled vortex generators], Avtoref. dys. d. t. n., 01.02.05 – mekhanika ridyny, gasu ta plasmy, Institute of Hydromechanics of NAS Ukraine, Kyiv.

Voskoboinick, V.A. (2009), “Pul’sacii pristenochnogo davleniya v nizkoskorostnom potoke vblizi oval’nogo uglubleniya”, Acoustic Bulletin, vol. 12, no. 2, pp. 3–15.

Тurick, V.N., Voskoboinick, V.A. and Voskoboinick A.V. (2017), “Vplyv lokal’nykh poperechno obtichnykh pereschkod na pul’satsii schvydkosti ta prystinnogo tysku”, Naukovi visti NTUUKPI”,vol. 111, no. 1, pp. 106–114. DOI: 10.20535/1810-0546.2017.1.91517


GOST Style Citations


  1. Халатов А.А. Теплообмен и гидродинамика около поверхностных углублений (лунок) / А.А. Халатов. – К.: ИТТФ НАНУ, 2005. – 76 с.
  2. Гортышов Ю.Ф. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования / Ю.Ф. Гортышов, И.А. Попов, В.В. Олимпиев [и др.]. – Казань : Центр инновационных технологий, 2009. – 531 с.
  3. Kovalenko G.V. Flow regimes in a single dimple on the channel surface / G.V. Kovalenko, V.I. Terekhov, A.A. Khalatov // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. – 2010. – Vol. 51, № 6. – P. 839–848.
  4. Воропаев Г.А. Визуализация ламинарного обтекания овального углубления / Г.А. Воропаев, А.В. Воскобойник, В.А. Воскобойник, С.А. Исаев // Прикладна гідромеханіка. – 2009. – 11, № 4. – С. 31 – 46.
  5. Isaev S. Drag reduction of lifting surfaces at the use of oval dimples as vortex generators / S. Isaev, G. Voropaiev, V. Grinchenko [et all] // Abstract of the European Drag Reduction and Flow Control Meeting “EDRFCM 2010” 2–4 September, 2010. – Kyiv, Ukraine. ‑ 2010. – P. 7–8.
  6. Voskoboinick V. Noise and separation reduction by the dimpled surfaces / V. Voskoboinick, A. Voskoboinick // Proc. Intern. Conf. and Exhibition on Automobile Engineering, September 01-02, 2015. – Valencia, Spain. ‑ 2015. – Vol. 4, № 1. – P. 51.
  7. Кикнадзе Г.И. Самоорганизация смерчеобразных струй в потоках сплошной среды и технологии, сопровождающие это явление / Г.И. Кикнадзе , И.А. Гачечиладзе, В.Г. Олейников, А.Ю. Городков  // Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках: Третья межд. конф. Москва, Россия. ‑ 2008. – C. 1–3.
  8. Tay C.M. Development of flow structures over dimples / C.M. Tay, Y.T. Chew, B.C. Khoo, J.B. Zhao // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2014. – Vol. 52. – P. 278–287.
  9. Van Oudheusden B.W. Drag reduction by means of dimpled surfaces in turbulent boundary layers / M. van Nesselrooij, L.L.M. Veldhuis, B.W. van Oudheusden, F.F.J. Schrijer // Exp Fluids. – 2016. – Vol. 57. – P. 142-1–14.
  10. Basley J. Space-time aspects of a three-dimensional multi-modulated open cavity flow / J. Basley, L.R. Pastur, N. Delprat, F. Lusseyran // Physics of Fluids. – 2013. – Vol. 25, № 6. – P. 064105-1–25.
  11. Воскобійник В.А. Вихроутворення усередині поперечно обтічної овальної лунки / В.А. Воскобійник // Прикладна гідромеханіка. – 2012. – Том 14, № 4. – С. 37–46.
  12. Воскобійник В.А. Когерентні вихрові структури в поперечно обтічній овальній лунці / В.А. Воскобійник, А.В. Воскобійник // Наукоємні технології. – 2014. – Том 23, № 3. – С. 352–358.
  13. Турик В.Н. Управление структурой течения внутри полуцилиндрического углубления / В.Н. Турик, В.А. Воскобойник, А.В. Воскобойник // Вісник НТУУ „КПІ”. Серія машинобудування. – 2016. – Вип. 78. – С. 112–123. DOI: http://dx.doi.org/10.20535/2305-9001.2016.78.85329.
  14. Турик В.М. Вихрові структури усередині обтічної напівциліндричної траншеї та керування ними / В.М. Турик, В.В. Бабенко, В.А. Воскобійник, А.В. Воскобійник // Матеріали XXI Міжнар. науково-технічної конф. “Гідроаеромеханіка в інженерній практиці” 24-27 травня 2016. – Київ, Україна, 2016. – С. 17–18.
  15. Воскобійник В.А. Поле швидкості та вихровий рух усередині напівциліндричної траншеї / В.А. Воскобійник, А.В. Воскобійник // Промышленная теплотехника. – 2016. – Том 38, № 4. – С. 11–20.
  16. Воскобійник В.А. Просторово-часові характеристики когерентних структур, полів швидкості та тиску у лункових генераторах вихорів: Автореф. дис. д. т. н.: 01.02.05 – механіка рідини, газу та плазми. / В.А. Воскобійник // Інститут гідромеханіки НАН України. – Київ, 2013. – 40 с.
  17. Воскобойник В.А. Пульсации пристеночного давления в низкоскоростном потоке вблизи овального углубления / В.А. Воскобойник // Акустичний вісник. – 2009. – Том 12, № 2. – С. 3–15.
  18. Турик В.М. Вплив локальних поперечно обтічних перешкод на пульсації швидкості та пристінного тиску / В.М. Турик, В.А. Воскобійник, А.В. Воскобійник // Наукові вісті НТУУ „КПІ”. – 2017. – № 1. – С. 106–114. DOI: 10.20535/1810-0546.2017.1.91517.