Интерференционное действие вязкоупругой поверхности на пристенную турбулентность

Прошло сорок лет после первой публикации Крамера (1957) [1], который предложил использовать вязкоупругие покрытия для снижения гидродинамического сопротивления. Крамер интерпретировал значительный эффект снижения сопротивления (до 50%), достигнутый им в опытах [2,3], удлинением ламинарного участка пограничного слоя путем гашения пульсаций скорости в зоне ламинарно-турбулентного перехода за счет поглощения и диссипации их энергии демпфирующим покрытием. И хотя рассматриваемые ныне подходы существенно отличаются от подходов Крамера, он по-прежнему почитается исследователями как автор идеи, инициировавшей проведение исследований во всем мире, а вязкоупругие покрытия называют его именем. Существенного развития в теоретических работах по устойчивости ламинарных течений и ламинарно-турбулентному переходу Крамеровская гипотеза энергопоглощения не получила. Продуктивным оказался кинематико-динамический подход к рассмотрению влияния податливой границы [4−8]. Согласно модели Короткина[6−8], малое перемещение границы, происходящее с фазовым запаздыванием в относительно действующего пульсационного давления, изменяет положение кривой нейтральных возмущений. Причем в зависимости от реализуемой величины 9 происходит увеличение или уменьшение критического числа Рейнольдса. Такой (по сути интерференционный) подход был качественно подтвержден силовыми измерениями и наблюдениями роста возмущений в ламинарном пограничном слое около податливой границы [10, 11].

Согласно (конечно, довольно идеализированным) теоретическим прогнозам, около рационально изготовленного податливого покрытия возможно увеличение критического числа Рейнольдса на порядок по сравнению с расчетным значением для твердой пластины. Следовательно, этот фактор не может позволить достичь существенного снижения сопротивления во многих случаях инженерной практики (например, для судов, в трубопроводах и т. д.). Однако может представлять интерес в целях обесшумливания сонаров. Поэтому это направление теоретических и экспериментальных исследований податливых покрытий попрежнему поддерживается и успешно развивается на Западе. Например, в Великобритании в последние годы выполнен большой цикл теоретических и экспериментальных исследований влияния податливых покрытий на ламинарно-турбулентный переход (Carpenter & Garrad (1985) [12], Gaster (1987) [13], Carpenter & Morris (1990) [14], Lucey & Carpenter (1995) [15]).

Практически параллельно изучению условий задержки ламинарно-турбулентного перехода были начаты исследования воздействия податливых покрытий на турбулентные течения. Насколько известно автору, впервые эта идея была опубликована Юджи [16] (но без какой-либо информации). Одним из первых (в мире) автор начал экспериментальные и теоретические исследования воздействия податливых покрытий на пристенную турбулентность: по этой теме он защитил дипломную работу в феврале 1962 года [17]. Критически оценивая условия выполненного им эксперимента высокий уровень турбулентности потока в гидроканале, наличие носового турбулизатора, большие числа Рейнольдса), автор предложил для объяснения полученного им снижения сопротивления в качестве второй гипотезы (альтернативной гипотезе Крамера о ламинаризации пограничного слоя) — реструктуризацию ь — ь турбулентного пограничного слоя. А в последующих исследованиях, в том числе завершенных в 1970 году кандидатской диссертацией [18], автор рассматривал воздействие податливых покрытий только на турбулентное течение. Отметим, что он один из немногих, кто во всех опытах (начиная со своей первой работы) тщательно описывает используемые покрытия и их колебательные характеристики, что совершенно необходимо для анализа явления.

Здесь подводится итог многолетним исследованиям управления пристенной турбулентностью с помощью вязкоупругих покрытий. Такие исследования важны не только как основа в познании природы, но и практически, поскольку в большинстве случаев (движение кораблей, самолетов, потоки в трубах) существуют в основном турбулентные течения.

Эти исследования, взлеты их успехов и неудачи обсуждались во многих обзорах. В обзоре Lumley (1964) [19], пожалуй, впервые было упомянуто это направление как перспективное. В обзорных разделах статей Blick et al. (1969) [20], Bushneil et al. (1977) [21] было обращено внимание на то, что не всем экспериментаторам удается добиться снижения сопротивления на податливых поверхностях, а некоторые измеряют только увеличение сопротивления. Эти неудачи значительно сократили число участников поисковых исследований и даже вызвали сомнения в достоверности ранее выполненных экспериментов. Так что в обзорах в конце 80х Gad-el-Hak (1986) [22], Riley et al. (1988) [23], Carpenter (1990) [24] и даже в последнем (1996) Gad-el-Hak [25] рассматривали в основном исследования ламинарно-турбулентного перехода на деформируемой поверхности.

В последний же десятилетний период были не только достигнуты надежные (перепроверенные различными измерительными методами) результаты снижения турбулентного сопротивления, но также были поняты некоторые причины прежних неудач, о чем свидетельствуют материалы прошедшей в июле 1998 года Конференции в Ньюпорте (США) [26].

Две формы волнового действия вязкоупругой границы на пристенную турбулентность, обусловленные специфическими свойствами податливого покрытия, рассматривались для моделирования явления.

Во-первых, это поглощение и диссипация (внутри вязкоупругого покрытия) энергии флуктуаций давления, деформирующих стенку. Выше уже было отмечено, что эту гипотезу предложил Крамер (1957, 1960, 1962) [1−3], предполагая стабилизацию ламинарного течения. Она же была использована Семеновым (1976)[17, 18, 27],.

Воропаевым и Бабенко (1978) [28], Коробовым и Бабенко (1983) [29] для моделирования изменения пристенной турбулентности, к. • ь.

Но заведомо ясно, что гипотеза поглощения энергии не может объяснить причину многих фактов увеличения турбулентного трения. И это компрометировало идею снижения сопротивления с использованием податливых покрытий. Кулик (1986) [30] проанализировал экспериментальные данные по снижению и увеличению турбулентного сопротивления однослойными вязкоупругими покрытиями [31] и определил, что генерация и диссипация турбулентной энергии в турбулентном пограничном слое во много раз больше, чем поглощение и диссипация флуктуационной энергии вязкоупругим покрытием. Так что этот (диссипативный) фактор не может быть существенным. Более того, имеющиеся экспериментальные данные противоречат гипотезе «распределенного демпфирования»: покрытия теряют способность снижать турбулентное трение и даже увеличивают его при увеличении поглощения энергии покрытием.

Другая форма действия вязкоупругого покрытия была рассмотрена в 70х годах Семеновым [18, 27, 32, 33] на основе линейного гармонического решения задачи о кинематико-динамическом взаимодействии податливой границы с вязким подслоем пристенного турбулентного течения. Он использовал модель пристенной турбулентности Штернберга (1962) [34]. Эта упрощенная линейная модель позволяет получить решение в аналитическом виде, что важно для анализа явления (а также для оценок новых численных решений).

Поле флуктуаций скорости, а также Рейнольдсовы напряжения образуются в результате сложения двух волн: 1) идущей из турбулентного ядра, являющегося мощным стабильным генератором длинноволновых возмущений, и 2) отраженной от стенки. Придание податливости граничным свойствам ведет к изменению интерференционной картины порождения турбулентности. Ее (податливости) действие может вести к уменьшению или увеличению турбулентных напряжений в зависимости от волновых свойств податливой границы. Сравнение с экспериментальными данными подтвердило справедливость интерференционного подхода [30]. Так что термин интерференционные податливые покрытия" следует использовать взамен термина «демпфирующие покрытия» .

Последующие решения (в интерференционной теории) были получены.

Скрипачевым (1978) [35], Скрипачевым и Тесло (1983) [36] для модели пристенной турбулентности Шуберта и Коркоса (1967) [37]. Трифонов (1978, 1986) [38, 39] и.

Кирейко (1990) [40] получили решения для моногармонической модели Гольдштика и.

Штерна (1977) [41]. Воропаев и Попков (1988) [42] использовали вышеупомянутую модель Штернберга [34] при рассмотрении пристенной турбулентности около покрытий, деформируемых во всех направлениях.

• (- * ь.

Некоторые ученые до сих пор продолжают тратить свое время на расчеты диссипативного действия податливых покрытий в турбулентных течениях. И к сожалению, даже последний обзор (Оас1-е1-Нак, 1996 [25]) содержит информацию об этих (сугубо гипотетических) расчетах без критических замечаний. Поэтому уже здесь (во Введении) автор считает необходимым обратить внимание на неоднократно отмеченное им ранее [43−45] главное различие в возможностях двух форм действия податливой поверхности с тем, чтобы при дальнейшем изложении уже не рассматривать этот вопрос.

Реальные изотропные податливые покрытия могут изменять в основном лишь нормальную (к стенке) компоненту скорости и. Продольная (и) и трансверсальная («И7) компоненты могут быть изменены податливой поверхностью лишь немного. Поэтому возможное прямое изменение баланса турбулентной энергии очень мало: +))<<

Аналогичное заключение следует при оценках анизотропных покрытий. В этом случае продольная и нормальная компоненты флуктуаций скорости поверхности могут иметь одинаковый порядок. И тогда есть плотность жидкости. Здесь,.

А (ии}к (и2)/2 А{у2)Л Щ.

1/ 2.

I/ 2 1, но.

Н ~ И {о2)'Л ии.

То есть возможное изменение Рейнольдсова напряжения может быть еще больше для малого (как и до этого) изменения баланса турбулентной энергии.

Итак, основной фактор действия податливой поверхности на пристенную турбулентность — это не поглощение турбулентной энергии податливым покрытием, а изменение генерации Рейнольдсовых напряжений, определяемое из интерференционной теории.. ь.

С этих позиций и были выполнены описываемые теоретические и экспериментальные исследования, направленные на поиск условий снижения сопротивления и их реализацию. Цель выполненной работы.

1. Выбор основных параметров, моделирующих воздействие вязкоупругой границы на пристенную турбулентность, и требований к ним для снижения сопротивления.

2. Расчетное прогнозирование возможности (или же невозможности) снижения турбулентного трения податливым покрытием с известными колебательными характеристиками, гидродинамических условий реализации этой возможности.

3. Установление связей основных моделирующих параметров с вязкоупругими свойствами материалов для конкретных схем податливых покрытий и прогнозирование области материаловедческого поиска, соответствующей вышеуказанным требованиям для заданных гидродинамических условий.

4. Поиск и изучение факторов, улучшающих или ухудшающих антитурбулентное интерференционное действие податливых покрытий.

5. Поиск путей совершенствования интерференционных податливых покрытий для снижения сопротивления.

6. Изучение перспектив совместного использования интерференционных податливых покрытий с другими средствами снижения турбулентного трения.

Краткое содержание. Диссертация состоит из введения, шести глав с изложением результатов исследований, заключения и списка цитируемой литературы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Здесь (очень кратко) подводятся итоги выполненной работы и перечисляются задачи развития исследований (уже упомянутые при изложении основных материалов диссертации).

Часть I. Основные результаты.

1. Одним из первых (в мире) автор начал экспериментальные и теоретические исследования воздействия податливых покрытий на пристенную турбулентность (по «этой теме он защитил дипломную работу в феврале 1962 года). Критически оценивая условия выполненного им эксперимента (высокий уровень турбулентности потока в гидроканале, наличие носового турбулизатора, большие числа Рейнольдса), он предложил объяснение (альтернативное гипотезе Крамера о ламинаризации пограничного слоя) полученного снижения сопротивления реструктуризацией турбулентного пограничного слоя. Автор — один из! немногих, кто во всех опытах характеризует колебательные характеристики покрытий, что совершенно необходимо для анализа явления.

2. Предложенный автором интерференционный подход к изучению взаимодействия вязкоупругой границы с пристенной турбулентностью оказался достаточно правильным и продуктивным. Он позволил выявить и объяснить основы успехов и причины неудач в опытах по снижению турбулентного сопротивления с помощью податливых покрытий. Подведен итог длительной дискуссии об основных факторах действия вязкоупругой границы в потоке. При этом также показано, что диссипация покрытием энергии турбулентных пульсаций потока не может быть существенным фактором управления пристенной турбулентностью.

3. Согласно интерференционной теории, поле пульсационных скоростей для каждой гармоники (а также и Рейнольдсовых напряжений) в пристенной области формируется в результате сложения двух волн — идущей из турбулентного ядра, являющегося устойчивым генератором длинноволновых возмущений, и отраженной от стенки. Под воздействием пульсационного давления податливая граница вынужденно перемещается с амплитудой, зависящей от податливости границы 77, отставая по фазе на в, что приводит к изменению амплитуды и фазы отраженной волны пульсации скорости, а соответственно, к изменению генерируемых Рейнольдсовых напряжений.

Так что записанный автором основной параметр, моделирующий действие вязкоупругой границы, — это ее комплексная податливость /7ехр (/#). Анализируя его, автор установил общие условия, необходимые для достижения снижения турбулентного трения податливой поверхностью.

4. При постановке задачи автор ввел два принципиальных ограничения, исходя из физических представлений о воздействии податливой границы на пристенное турбулентное течение.

Так ощ ограничился рассмотрением вязкоупруг-их покрытий, свободные колебания которых либо отсутствуют либо достаточно быстро затухают. Необходимость этого ограничения, логически обоснованная необходимостью получения однозначного решения, подтверждается в экспериментах — уменьшение турбулентного трения наблюдается только при наличии достаточно высоких вязкостных свойств у покрытий. Итак, это ограничение есть первое условие, которому должна удовлетворять податливая граница для достижения снижения трения.

Требуя динамической гладкости колеблющейся поверхности (с позиций существования вязкого подслоя), автор ставит второе, также логическое условие, записав ограничение модуля податливости П по аналогии с критерием гидравлической гладкости. То есть рассмотрены слабоподатливые покрытия. Анализ экспериментальных результатов для покрытий, испытанных в воде в диапазоне скоростей потока от 0.5 до 21 м/с и в воздухе при скоростях от 5 до 70 м/с, при 105 < 11е0 < 8 • 106 показал приемлемость записанных формул (2) и (2а).

5. Обосновав существование прямо пропорциональной зависимости снижения сопротивления от уменьшения порождения турбулентности, автор определяет фазо-частотную область положительного действия (ФЧОЦД) покрытия как зону уменьшения порождения турбулентности. В самой этой зоне анализ пока не проводится (по причине возможного существенного нарастания погрешности расчетов в этом случае), а рассчитывается нейтральная линия, разделяющая области 9 положительного и отрицательного действия податливой границы для каждой варьируемой безразмерной частоты 71/у/ис/. В ФЧОПД должна быть расположена фазо-частотная характеристика вязкоупругой поверхности — это третье условие для достижения снижения сопротивления.

6. Автор поставил и решил задачу о турбулентном течении около податливой границы, в основном использовав упрощенную теоретическую модель Штернберга [34], предложенную для описания течения в вязком подслое около твердой поверхности. Несмотря на пренебрежение конвективными членами в уравнениях Навье-Стокса для пульсационных движений, эта модель (позволяющая получить решение в квадратурах) дает практически те же результаты в интересующей нас области волновых чисел, что и другая, более полная линейная волновая модель — Шуберта-Коркоса [37], учитывающая все линейные члены, но поэтому более громоздкая и требующая численного решения. Модели Штернберга и Шуберта-Коркоса требуют задания в качестве узвестных нескольких параметров — профиля средней скорости, волновой скорости, соотношения продольной и трансверсальной составляющих пульсации скорости. И этот эмпиризм вполне оправдан: так учет истинной структуры пульсационного течения совершенно необходим в рассматриваемой задаче. Несоблюдение же ее в моногармонической (тоже линейной) модели Гольдштика-Штерна [41] (несмотря на привлекательность этой модели, не требующей эмпирических параметров) ведет к ошибочным прогнозам для податливой границы.

Расчеты показали ограниченную, но реальную возможность достижения снижения расширение области положительного действия. Важно отметить, что это диапазон основного порождения Рейнольдсовых напряжений согласно экспериментальным исследованиям пристенной турбулентности.

7. Автор предложил методику выбора покрытия для снижения турбулентного трения на основе трех условий, сформулированных в интерференционной теории' влияния податливой границы на пристенную турбулентность. Последовательными шагами являются:

1) ограничение диапазона рассматриваемых материалов, удовлетворяя условию быстрого затухания свободных колебаний покрытия (первому условию);

2) выбор области необходимых модулей упругости материалов;

3) выбор диапазона толщин покрытий.

Второй и третий шаги, выполняемые на основе второго и третьего условий, требуют задания гидродинамических условий использования покрытия.

Показано, что можно решать и другую задачу — оценивать пригодность предлагаемого покрытия для снижения турбулентного трения и определять диапазон гидродинамических параметров, для которого оно может быть достигнуто. трения, поскольку в диапазоне наблюдается языкообразное.

8. При интерференционном анализе в качестве первого, основополагающего примера автор рассмотрел покрытие «лабораторной схемы», использованное многими экспериментаторами (в том числе и автором) в 60-х годах при поисковых исследованиях снижения турбулентного трения.

Для определения вибрационных характеристик таких покрытий автор использовал инженерный расчетный подход, описанный в классической теории механических колебаний (требующий также прямых измерений части этих характеристик). Первое условие к выбору колебательных характеристик податливой границы конкретизировано здесь как условие (7) к декременту затухания свободных колебаний. Второе условие*—ограничение модуля податливости границы (2) и (2а) для покрытий «лабораторной схемы» преобразовано к формулам (8) и (8а). Логический анализ третьего условия и сопоставление расчетов ФЧОПД из интерференционной теории с фазо-частотными характеристиками покрытий «лабораторной схемы», обеспечившими в опытах высокую эффективность снижения турбулентного трения (до 50%), привели к заключению о целесообразности выбора собственной частоты этих покрытий в зоне наибольшего углубления ФЧОПД, то есть к условиям (9) и (10).

9. Автор предложил алгоритм теоретического описания свободных и вынужденных колебаний для четырех схем изотропных податливых покрытий, в достаточно точной линейной постановке установив связь комплексной податливости границы с вязкоупругими свойствами материалов покрытий, определяемыми посредством измерений методами механики полимеров. Этот шаг, альтернативный вышеуказанному, чрезвычайно трудоемкому инженерному подходу, позволил вести теоретическую разработку новых покрытий и четко направленный материаловедческий поиск.

10. Первичный материаловедческий поиск возможен на основании литературных данных о вязкоупругих свойствах полимерных высокоэластичных материалов. Однако уже на стадии подготовки гидродинамического эксперимента необходимо охарактеризовать материал в соответствии с требованиями его аттестации (в разработке которых автор принял участие), учитывающими температурный, частотный и амплитудный диапазоны деформирования покрытия в потоке. С учетом этих требований, в ИТ СО РАН (при участии автора) был создан измерительный комплекс и разработан оригинальный двухпараметрический метод для определения динамических свойств материалов (на основе записанного автором точного линейного решения о колебаниях вязкоупругого стержня, нагруженного сосредоточенной массой).

11. В качестве практически важного примера автор представил разработку однослойных монолитных покрытий из термостабильных материалов, осуществленную творческим коллективом сотрудников ИТ СО РАН и ИрИОХ СО РАН. Такие покрытия в отличие от покрытий «лабораторной схемы») имеют практическую значимость благодаря технологической простоте их изготовления и эксплуатации, возможности использования при больших градиентах давления и высоких сдвиговых напряжениях.

Автор выполнил комплекс прогнозных расчетов для этой разработки как на этапе первичного материаловедческого поиска (по литературным данным), так и при оценке выбранных и созданных материалов. Автор участвовал в разработке технологии 1- * - ь изготовления и в испытаниях покрытии, выполненных при широкой вариации гидродинамических условий, на различных стендах (в том числе и за рубежом).

Испытания подтвердили справедливость предложенной методики расчетного выбора покрытий и определения гидродинамических условий для снижения сопротивления.

Анализируя результаты испытаний и используя при этом выполненные расчеты, автор

— объясняет менее высокую эффективность снижения турбулентного трения этими покрытиями (по сравнению с покрытиями «лабораторной схемы») волнообразным изменением их амплитудо-фазо-частотных характеристик;

— отмечает ухудшение результатов, в процессе длительных (многолетних) экспериментов из-за старения полимерного материала;

— акцентирует внимание на существенности влияния внешней турбулентности и вибраций стенда на эффективность снижения турбулентного сопротивления.

12. На основе расчетного анализа автор сделал вывод, что в целях увеличения эффективности податливых покрытий в снижении трения необходимо добиваться монотонного роста фазового сдвига и слабого изменения амплитуды их колебаний с ростом частоты, и предложил два пути совершенствования податливых покрытий:

1) введение второго (наружного) тонкого, но тяжелого слоя;

2) обеспечение роста коэффициента механических потерь в материале основного слоя с ростом частоты.

Второй путь реален при использовании полимерных материалов, находящихся при температурах эксплуатации в зоне перехода к стеклообразному состоянию. Но наиболее заманчив вариант, предложенный автором на основе изучения структуры верхнего покрова шкуры дельфина — это двухслойное мелкопористое покрытие, впитывающее жидкость среды движения (обладающее преимуществами покрытия «лабораторной схемы» и лишенное его недостатков).

13. Отдельная глава диссертации посвящена усовершенствованию интерференционной теории. В его основе — анализ роли задаваемых параметров и их точный учет из эксперимента. Модернизация интерференционной теории позволила получить новые расчетные прогнозы: и увеличение числа Рейнольдса (для начала покрытия) и рост уровня шероховатости уменьшают ФЧОПД, то есть ухудшают возможности в снижении генерации турбулентности. На основе расчетов автор делает полезные для практики выводы:

— чтобы обеспечить достаточно широкую зону возможных собственных частот покрытия, желательно ограничить число Рейнольдса его начала Ю6- ь *.

— разумный предел допустимой технологической (песочной) шероховатости к^ ~ 13.

14. Выполнив расчеты согласно модифицированной интерференционной теории, автор выявил тенденции к увеличению эффективности снижения турбулентного трения вязкоупругими покрытиями путем их применения совместно с другими средствами снижения сопротивления — полимерными добавками и риблетами, расширяющими фазо-частотную область положительного действия податливой границы.

15. Творческим коллективом сотрудников ИТ СО РАН и ИрИОХ СО РАН (по инициативе и при активном участии автора) впервые (в мире) были выполнены эксперименты по снижению турбулентного трения посредством совместного использования податливых покрытий, ввода в поток полимерных добавок, воздушных микропузырьков. Автор обосновал перспективность таких исследований прежде всего возможностью воздействия на весь спектр пристенной турбулентности объединением средств, каждое изкоторых может управлять лишь «своей» частью спектра, отличающейся от частей спектра, «подвластных» другим средствам. Успех этой идеи вызвал не только интерес к полученным результатам, но и побудил исследователей к поиску новых вариантов. Проанализировав экспериментальные результаты совместного использования различных методов снижения сопротивления, автор отмечает существование трех зон:

1) зоны простой алгебраической суммы индивидуальных эффектов изменения турбулентного трения,.

2) зоны положительного взаимодействия, когда эффект совместного действия в снижении трения больше суммы индивидуальных эффектов,.

3) зоны отрицательного взаимодействия, когда эффект совместного действия меньше суммы индивидуальных эффектов.

Зона простой аддитивности наблюдается для всех вариантов, пока суммарный эффект снижения трения не превышает 15%. Вторая зона следует за первой по мере возрастания индивидуальных эффектов. Третья зона соответствует очень большим индивидуальным эффектам снижения трения. Взаимодействие методов, по оценкам автора, проявляется в изменении интегральных условий.

16. Автор теоретически рассмотрел два фактора взаимодействия вязкоупругой поверхности и полимерных добавок в потоке и показал, что:

— снижение (увеличение) массообмена при снижении (увеличении) турбулентного трения податливой границей немного снижает (увеличивает) расход полимера;

— снижающие трение полимерные добавки ведут к расширению ФЧОПД, но сдвигают ФЧОПД в сторону низких частот, в результате чего реальная фазо-частотная характеристика используемого покрытия может оказаться в области отрицательного действия податливой границы (при высоких эффектах снижения трения полимерными добавками), что приведет даже к увеличению волновой генерации турбулентности стенкой и соответствующему увеличению трения.

Эти расчеты дают качественное объяснение обнаруженным в эксперименте особенностям по снижению сопротивления.

17. Анализируя результаты экспериментов (в выполнении которых автор принял участие) по определению гидравлических потерь при течении водных растворов ПЭО в крупномасштабной гидравлической системе, сильно нагруженной местными сопротивлениями (различного типа арматурных элементов),.

— автор подтвердил мнение, что полимерные добавки в потоке не влияют на величину местных сопротивлений,.

— автор установил, что рассмотренные арматурные элементы практически не приводят к механодеструкции полимера.

18. Автор предложил моделировать механодеструкцию полимерных добавок в пристенном турбулентном течении работой напряжений растяжения-сжатия, индуцированных в полимерных частицах (длиной /) пульсациями давления с линейным масштабом в направлении потока, равным /. Расчетный анализ, выполненный автором с привлечением принципов кинетической теории разрушения, позволил объяснить ряд противоречий, возникавших ранее — при моделировании механодеструкции работой сдвиговых напряжений в потоке.

19.Автор принял участие в экспериментальных физических исследованиях влияния гетерофазности системы ПЭО+вода на снижение турбулентного трения.

— Показано, что разрушение стабильных надмолекулярных структур типа частиц (то есть уменьшение гетерофазности исследуемой системы) приводит к увеличению эффекта снижения турбулентного трения.

— Показано, что уменьшение гетерофазности системы ПЭО+вода ведет к уменьшению деградации ПЭО в потоке (то есть к увеличению длительности использования ^полимера), что подтверждает теоретические прорнозы автора.

— Предложены два метода предварительного разрушения надмолекулярных структур, ведущие к увеличению эффективности снижения трения полимерными добавками в потоке: предварительный нагрев инжектируемых концентрированных растворов ПЭО и введение в них низкомолекулярных добавок.

20. Автором предложены два основных параметра, моделирующих влияние условий инжекции полимерных растворов в пограничный слой на удельную эффективность снижения сопротивления: относительный импульс инжекции и параметр безымпульсного расхода полимера. Показано, что с помощью этих параметров обобщаются многочисленные результаты экспериментов, выполненных (также и при участии автора) при больших числах Рейнольдса. Автором записаны оптимальные значения параметров (для достижения максимальной удельной эффективности снижения сопротивления).

Часть II. О необходимых и перспективных задачах будущих исследований.

1. Задачами последующего развития интерференционной теории, по мнению автора, являются обеспечение необходимой точности расчетов внутри ФЧОПД, расширение расчетной области в сторону низких частот, учет протяженности покрытия, определение весовой функции в интеграле волнового спектра энергии порождения турбулентности (в том числе учет переноса энергии по спектру). Решение этих задач позволит искать оптимальные варианты в управлении пристенной турбулентностью с помощью вязкоупругой поверхности.

2. Развитие теории (да и вообще прогресс в исследованиях управления турбулентностью с помощью податливых поверхностей) сдерживается недостатком экспериментальных данных, представленных с достаточно полным описанием условий эксперимента как для потока, так и на податливой границе.

3. Отметим, что пока не выполнялись систематические экспериментальные исследования влияния числа Рейнольдса и шероховатости поверхности на эффективность снижения трения податливыми покрытиями. Исходя из полученных теоретических результатов, необходимость проведения таких опытов очевидна.

4. Ни теоретически ни экспериментально до сих пор не исследовалось действие податливости поверхности на пристенную турбулентность в градиентных потоках. Необходимость таких исследований уже сегодня диктуется практической инженерией.

5. Остро злободневной задачей является установление факторов действия внешней турбулентности потока и вибраций стендов (или объектов практической реализации) на эффективность снижения трения податливыми покрытиями, поиск средств, обеспечивающих стабильность эффективности. В качестве одного из таких средств автор предлагает использовать инжекцию в поток газовых микропузырьков (при малых расходах газа).

6. В качестве наиболее перспективного направления дальнейших исследований автор определил изучение совместного действия вязкоупругих покрытий с другими средствами снижения сопротивления. Обоснованию этого он посвятил отдельный раздел диссертации.

7. На пути совершенствования вязкоупругих покрытий автор считает наиболее перспективной разработку двухслойных мелкопористых покрытий.

8. На пути совершенствования метода снижения сопротивления полимерными добавками автор считает наиболее перспективной разработку средств мягкого разрушения стабильных надмолекулярных структур в растворах высокомолекулярных полимеров.

9. Автор показал, что безымпульсный ввод полимерных добавок в пограничный слой (смывом водорастворимых покрытий) — это наиболее перспективный вариант. Но для его реализации в практике (на водном транспорте) требуются дальнейшие физические исследования, новые технические и технологические разработки.