Выпуски

 / 

2000

 / 

Июль

  

Обзоры актуальных проблем


Колебания вихревого кольца, возникновение в нем турбулентности и генерация звука

,
Центральный аэрогидродинамический институт, Акустическое отделение, ул. Радио 17, Москва, 105005, Российская Федерация

В работе рассмотрены последние результаты, относящиеся к описанию собственных колебаний вихревого кольца в идеальной несжимаемой жидкости. Для описания колебаний используется поле смещений как основная динамическая переменная. Вихревое кольцо с простейшим распределением завихренности в ядре и потенциальным течением в атмосфере является главным приближением в задаче о колебаниях вихревых колец более общего вида. Оказалось, что при учете размазывания ядра (даже очень слабого) большая часть колебаний теряет устойчивость. Показано, что эффект потери устойчивости определяется знаком энергии колебаний. Вычислены энергии собственных колебаний вихревого кольца и выделены два класса колебаний — моды с положительной энергией и моды с отрицательной энергией. Именно моды с положительной энергией теряют устойчивость при размазывании завихренности ядра. Множественная неустойчивость колебаний вихревого кольца и особенности пространственной структуры собственных колебаний показывают, что турбулентность вихревого кольца могла бы явиться следствием нелинейного развития именно этих процессов. Рассмотрен новый метод исследования нестационарных процессов в турбулентном вихревом кольце, основанный на экспериментальной диагностике его звукового поля. Особенности звукового поля дают веское подтверждение модели турбулентного вихревого кольца, развитой в настоящей работе.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
PACS: 43.30.−k, 47.27.−i, 47.27.Sd, 47.32.−y (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0170.200007b.0713
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2000/7/b/
Цитата: Копьев В Ф, Чернышев С А "Колебания вихревого кольца, возникновение в нем турбулентности и генерация звука" УФН 170 713–742 (2000)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

English citation: Kop’ev V F, Chernyshev S A “Vortex ring oscillations, the development of turbulence in vortex rings and generation of soundPhys. Usp. 43 663–690 (2000); DOI: 10.1070/PU2000v043n07ABEH000769

Список литературы (103) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (29) Похожие статьи (20)

  1. Kelvin Lord Philos. Mag. 34 15 (1867)
  2. Kelvin Lord Philos. Mag. 10 155 (1880)
  3. Thomson J J A Treatise on the Motion of Vortex Rings (London: Macmillan, 1883)
  4. Сэффмэн Ф Современная гидродинамика: Успехи и проблемы (Под ред. Дж Бэтчелор, Г Моффат) (М.: Мир, 1984) с. 77
  5. Ламб Г Гидродинамика (М.-Л.: Гостехиздат, 1947)
  6. Бэтчелор Дж Введение в динамику жидкости (М.: Мир, 1973)
  7. Вилля А Теория вихрей (М.: ОНТИ, 1936)
  8. Tung C, Ting L Phys. Fluids 10 901 (1967)
  9. Saffman P G Stud. Appl. Math. 49 (4) 371 (1970)
  10. Луговцов Б А Некоторые проблемы математики и механики (Л.: Наука, 1970) с. 76
  11. Johnson G M AIAA J. 9 763 (1971)
  12. Maxworthy T J. Fluid Mech. 51 15 (1972)
  13. Maxworthy T J. Fluid Mech. 64 (2) 227 (1974)
  14. Maxworthy T J. Fluid Mech. 81 465 (1977)
  15. Тарасов В Ф, Якушев В И ПМТФ (1) 130 (1974)
  16. Ван-Дайк М (Сост.) Альбом течений жидкости и газа (М.: Мир, 1986)
  17. Shariff K, Leonard A Annu. Rev. Fluid Mech. 24 235 (1992)
  18. Владимиров В А, Тарасов В Ф ДАН СССР 245 (6) 1325 (1979)
  19. Владимиров В А, Луговцов Б А, Тарасов В Ф ПМТФ (5) 69 (1980)
  20. Johari H Phys. Fluids 7 2420 (1995)
  21. Лаврентьев М А, Шабат Б В Проблемы гидродинамики и их математические модели 2-е изд. (М.: Наука, 1977)
  22. Glezer A, Coles D J. Fluid Mech. 211 243 (1990)
  23. Sallet D, Widmayer R Z. Flugwiss. 22 207 (1974)
  24. Ахметов Д Г, Киссаров О П ПМТФ (2) 87 (1966)
  25. Weigand A, Garib M Exp. Fluids 22 447 (1997)
  26. Widnall S E, Sullivan I P Proc. R. Soc. London A 332 335 (1973)
  27. Saffman P G J. Fluid Mech. 84 625 (1978)
  28. Widnall S E, Tsai S Y Philos. Trans. R. Soc. London A 287 (1344) 273 (1977)
  29. Уиднелл Ш Механика. Новое в зарубежной науке. №21 Вихревые движения жидкости (М.: Мир, 1979) с. 126
  30. Владимиров В А, Тарасов В Ф ДАН СССР 253 565 (1980)
  31. Владимиров В А Нелинейные проблемы теории поверхностных и внутренних волн (Отв. ред. Овсянников, В Н Монахов) (Новосибирск: Наука, 1985) с. 270
  32. Kopiev V F, Chernyshev S A J. Fluid Mech. 341 19 (1997)
  33. Арнольд В И ДАН СССР 162 (5) 975 (1965)
  34. Арнольд В И ПММ 29 (5) 846 (1965)
  35. Holm D D et al. Phys. Rep. 123 1 (1985)
  36. Drazin P G, Reid W H Hydrodynamic Stability (Cambridge: Cambridge University Press, 1981)
  37. Chandrasekhar S Ellipsoidal Figures of Equilibrium (New Haven, Conn.: Yale Univ. Press, 1969)
  38. Копьев В Ф, Чернышев С А Изв. АН СССР Мех. жидк. и газа (5) 99 (1991)
  39. Арнольд В И Математические методы классической механики (М.: Наука, 1974)
  40. Moffatt H K Philos. Trans. R. Soc. London A 333 321 (1990)
  41. Фридман А А Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости (М.-Л.: Гостехиздат, 1934) с. 367
  42. Милн-Томсон Л М Теоретическая гидродинамика (М.: Мир, 1964)
  43. Владимиров В А ПМТФ (3) 70 (1986)
  44. Zabusky N J, Hughes M H, Roberts K V J. Comp. Phys. 30 96 (1979)
  45. Dritchel D G J. Fluid Mech. 172 421 (1986)
  46. Benjamin T B J. Fluid Mech. 16 436 (1963)
  47. Степанянц Ю А, Фабрикант А Л Распространение волн в сдвиговых потоках (М.: Наука. Физматлит, 1996)
  48. Кадомцев В Б, Михайловский А Б, Тимофеев А В ЖЭТФ 47 2266 (1964)
  49. Sturrock P A J. Appl. Phys. 31 2052 (1960)
  50. Рыбак С А Нелинейная акустика (Ред. В А Зверев, Л А Островский) (Горький: ИПФ АН СССР, 1980) с. 176
  51. Копьев В Ф, Леонтьев Е А Акуст. журн. 29 (2) 192 (1983)
  52. Островский Л А, Рыбак С А, Цимринг Л Ш УФН 150 (3) 415 (1986)
  53. Незлин М В УФН 120 481 (1976)
  54. Копьев В Ф, Леонтьев Е А Акуст. журн. 31 (3) 348 (1985)
  55. Копьев В Ф, Леонтьев Е А Изв. АН СССР Мех. жидк. и газа 22 (3) 83 (1987)
  56. Moore D W Proc. R. Soc. London A 370 407 (1980)
  57. Hama F R Phys. Fluids 6 526 (1963)
  58. Crow S C AIAA J. 8 2172 (1970)
  59. Widnall S E, Bliss E, Zalay A Aircraft Wake Turbulence and Its Detection (Eds J H Olsen, A Goldburg, M Rogers) (New York: Plenum Press, 1971) p. 305
  60. Klein R, Majda A J Physica D 49 323 (1991)
  61. Basset A B A Treatise on Hydrodynamics with Numerous Examples Vol. 2 (New York: Dover Publ., 1961)
  62. Ладиков Ю П Изв. АН СССР Механика и машиностроение 4 7 (1960)
  63. Saffman P G Vortex Dynamics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1992)
  64. Градштейн И С, Рыжик И М Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений (М.: Физматгиз, 1962)
  65. Копьев В Ф, Чернышев С А Акуст. журн. 44 (3) 373 (1998)
  66. Fraenkel L E Proc. R. Soc. London A 316 29 (1970)
  67. Norbury J J. Fluid Mech. 57 417 (1973)
  68. Fraenkel L E J. Fluid Mech. 51 119 (1972)
  69. Чернышев С А Колебания упругих конструкций с жидкостью. VII Симпозиум (Новосибирск: СибНИА, 1992)
  70. Kelvin Lord, Tait P G Treatise on Natural Philosophy Vol. 1 (Cambridge: Cambridge University Press, 1912)
  71. Кочин Н Е, Кибель И А, Розе Н В Теоретическая гидромеханика Т. 1 (М.: ГИФМЛ, 1963)
  72. Петров А Г Доклады РАН 359 769 (1998)
  73. Петров А Г ПММ 63 (3) 481 (1999)
  74. Чернявский В М, Штемлер Ю М Изв. АН СССР мех. жидк. и газа 5 110 (1991)
  75. Vladimirov V A, Ilin K I Bull. Hong Kong Math. Soc. 1 103 (1996)
  76. Владимиров В А Динамика сплошной среды. Вып. 37 (Новосибирск, 1978) с. 50
  77. Лаврентьев М А, Шабат Б В Методы теории функций комплексного переменного (М.: Наука, 1973)
  78. Данилов С Д Акуст. журн. 35 (6) 1059 (1989)
  79. Копьев В Ф, Чернышев С А Изв. РАН СССР Мех. жидк. и газа (2000), в печати
  80. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Теоретическая физика T. 6 Гидродинамика (М.: Наука, 1986)
  81. Miles J W J. Fluid Mech. 3 (2) 165 (1959)
  82. Петров А Г Динамика сплошной среды. Вып. 52 (Новосибирск, 1981) с. 88
  83. Копьев В Ф, Леонтьев Е А Акуст. журн. 34 (3) 475 (1988)
  84. Заславский Г М, Сагдеев Р З Введение в нелинейную физику. От маятника до турбулентности и хаоса (М.: Наука, 1988)
  85. Aref H J. Fluid Mech. 143 1 (1984)
  86. Rom-Kedar V, Leonard A, Wiggins S J. Fluid Mech. 214 347 (1990)
  87. Kopiev V F et al. Atlas of Visualization II (Eds-in-Chief Y Nakayama, Y Tanida; Ed. Visualization Soc. of Japan) (Boca Raton, Fla.: CRC Press, 1996) p. 139
  88. Тимофеев А В УФН 102 (2) 185 (1970)
  89. Крайтон Д Современная гидродинамика: Успехи и проблемы (Под ред. Дж Бэтчелор, Г Моффат) (М.: Мир, 1984) с. 359
  90. Lighthill M J Proc. R. Soc. London A 212 564 (1952)
  91. Lighthill M J Proc. R. Soc. London A 222 1 (1954)
  92. Powell A J. Acoust. Soc. Am. 36 (1) 179 (1964)
  93. Howe M S J. Fluid Mech. 71 (4) 625 (1975)
  94. Mohring W J. Fluid Mech. 85 685 (1978)
  95. Obermeier F Acustica 42 56 (1979)
  96. Crow S C Stud. Appl. Math. 49 (1) 21 (1970)
  97. Crighton D G et al. Modern Methods in Analytical Acoustics: Lecture Notes (New York: Springer, 1996)
  98. Копьев В Ф, Чернышев С А Акуст. журн. 41 (4) 622 (1995)
  99. Kambe T J. Fluid Mech. 173 643 (1986)
  100. Obermeier F Doctorate Dissertation (Max-Plank-Institut für Stromungsforschung, 1968)
  101. Блохинцев Д И Акустика неоднородной движущейся среды (М.: Гостехиздат, 1946)
  102. Зайцев М Ю, Копьев В Ф и др. ДАН СССР 312 (5) 1080 (1990)
  103. Зайцев М Ю, Копьев В Ф Акуст. журн. 39 (6) 1068 (1993)

© Успехи физических наук, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение