ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Порождение звука турбулентностью из "Звуковые и ультразвуковые волны Издание 3 " Более сложно создать наглядное представление об излучении звука турбулентным потоком при отсутствии каких бы то ни было границ. Считается, что излучение звука однородным турбулентным потоком при отсутствии податливых или твердых стенок можно объяснить квадрупольным излучением. Квадрупольный характер излучения звука турбулентностью получается из общего теоретического рассмотрения, впервые проведенного английским физиком Лайтхилом (1952 г.). Согласно одному из выводов этой теории однородный изотропный турбулентный поток излучает как система беспорядочно расположенных в пространстве квадруполей. Для простоты можно представить весь поток разбитым на отдельные одинаковые кубики стороной I величина I представляет собой масштаб неоднородностей скорости потока. Каждый такой кубик не связан с другим и берется изолированно (в действительности, конечно, имеются различные масштабы, и отдельные элементы — кубики — определенным образом связаны или, как говорят, коррелированы между собой). Такой кубик можно представить как отдельный продольный (см. стр. 130) квадруполь, причем все квадруполи одинаковы по интенсивности звука, который они излучают, но ориентация их беспорядочна. Можно вычислить интенсивность звука, излучаемую одним квадруполем, и, зная их общее число, интенсивность звука, излучаемого всеми квадруполями, т. е. всем пространством, занимаемым турбулентным потоком. [c.260] В достаточно широком диапазоне изменения средней скорости потока), можно прийти к заключению, что / пропорциональна восьмой степени средней скорости потока, т. е. чрезвычайно быстро растет при увеличении этой скорости. Такой вывод теории, который подтверждается экспериментами с турбулентными струями (см. ниже), нельзя, однако, распространять до сколь угодно больших значений скоростей потока. Тогда мы пришли бы к нелепому выводу, что акустическая мощность I оказалась бы больше, чем механическая мощность, создающая струю. В действительности оказывается, что при больших скоростях потока, когда число Маха М = и/с становится близким к единице, и, наконец, переходит критическую область М = 1, т. е. когда поток становится сверхзвуковым (см. стр. 416),— показатель степени становится меньше восьми (по крайней мере это следует из экспериментальных данных). Физически это значит, что при больших и, когда М близко к 1 или больше ее, звук становится настолько интенсивным, что он начинает оказывать обратное действие на породивший его турбулентный поток. Однако теоретически этот вопрос еще не разработан в достаточной степени. [c.261] В общих чертах правильно описывая явление порождения звука турбулентным потоком, существующая теория не лишена ряда крупных недостатков. [c.261] Для нахождения силы звука, порождаемого некоторой турбулентной областью, необходимо знать спектральное распределение интенсивности по отдельным источникам звука (квадруполям), т. е. по их пространственным масштабам, так как различные масштабы, вообще говоря, должны излучать различную интенсивность. Зная такое спектральное распределение, можно было бы, воспользовавшись соответствующими формулами теории, произвести суммирование по всем частотам и получить полную интенсивность звука. Однако для этого нужно знать, как связано распределение скорости по частотам с распределением по пространственным масштабам. А эта задача в случае турбулентности еще полностью не решена. [c.261] По этой причине в существующей теории порождения звука турбулентностью частотный спектр звука фактически не рассматривается. Область турбулентности, как мы об этом говорили выше, разбивается на невзаимодействующие между собой изолированные неоднородности некоторого характерного масштаба I (квадруполи), и излучение всей этой области просто складывается из излучения отдельных неоднородностей такого масштаба. [c.261] Получается любопытная ситуация — если раньше интересовались в основном лишь частотным спектром звука (шума) аэродинамического происхождения (например, вихревой звук, формула Струхаля) и фактически почти не рассматривали задачу об интенсивности этого звука, то в настоящее время положение, в некотором смысле, обратное. [c.261] Этот результат, в общем, согласуется с приведенной выше формулой, если считать, что пульсационная скорость и может составлять 10—15% от средней скорости потока и. [c.262] Как МЫ говорили, ветер, т. е. другими словами, атмосферная турбулентность, в принципе должен порождать шум аэродинамического происхождения, и то обстоятельство, что этот шум трудно обнаружить, связано с сравнительно небольшими скоростями ветра (вспомним, что интенсивность этого шума пропорциональна восьмой степени скорости потока). [c.262] Интересно в связи с этим отметить, что, например, в солнечной атмосфере, где имеются гигантские скорости раскаленных газовых потоков, движение которых отличается интенсивнейшей турбулентностью, шум аэродинамического происхождения должен быть настолько интенсивным, что он, по-видимому, может играть сушественную роль в физических процессах, происходящих в атмосфере Солнца. Существуют астрономические теории, что солнечная корона, хорошо видимая во время солнечных затмений и простираю-шаяся на расстоянии нескольких солнечных диаметров, в значительной степени натревается этим акустическим шумом. Интенсивный шум, распространяясь от Солнца, по мере своего распространения превращается в мощные ударные волны, которые, поглощаясь, нагревают солнечную корону. Есть мнение, что причиной вспышек в солнечной короне также служат эти ударные волны. [c.262] Любопытно, что современная акустика в какой-то степени начинает проникать в такую, казалось бы, совершенно о- -даленную от нее область, какой является астрофизика. [c.262] Вернуться к основной статье