ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Восприимчивость турбулентных струй к слабым гармоническим акустическим возмущениям. Влияние частоты возбуждения из "Акустическое управление турбулентными струями " Аэродинамические характеристики турбулентных струй и слоев смешения могут быть изменены путем периодического воздействия на течение в их начальном сечении. Такое воздействие может быть реализовано при создании периодического изменения расхода жидкости или газа через сопло, путем вибраций сопла или же возбуждения слоя смешения на кромке сопла с помощью вибрирующей ленточки. Перечисленные способы управления связаны с механическим воздействием на поток, поскольку все они требуют непосредственного воздействия на геометрию устройств, формирующих струйное течение [2.25]. Механизм их воздействия на струю обусловлен периодическим возбуждением струи, вследствие чего в выходном сечении круглого сопла генерируются кольцевые периодические вихри их взаимодействие друг с другом существенно изменяет течение в слое смешения начального участка струи. [c.46] При акустическом облучении турбулентной струи непосредственное взаимодействие акустического поля с турбулентными пульсациями в струе практически не имеет места, так как длина акустических волн существенно превышает характерный размер сопла (его диаметр) или толщину пограничного слоя в начальном сечении слоя смешения. Однако акустические волны генерируют вихревые возмущения на неоднородности течения [2.32,2.43], на кромке сопла в случае струи или на задней кромке разделяющей два потока пластины в случае слоя смешения. Эти возмущения и воздействуют на вихревую систему слоя смешения в начальном участке струи подобно тому, как это наблюдается при механическом воздействии на поток. При этом акустическое возбуждение обладает важным преимуществом дальнодействия, т.е. оно не требует введения в поток каких-либо препятствий или подвижных устройств. [c.46] При слабом продольном периодическом возбуждении струи звуковые волны на частоте неустойчивости струи [2.4] генерируют кольцевые вихри более регулярные (рис.2.2,а), чем при невынужденном возникновении неустойчивости (рис.2.2,б). В обоих случаях эти вихри образуются на кромке сопла. Следует отметить, что возбужденные звуком вихревые кольца более интенсивны, чем в случае отсутствия периодического возбуждения, они позже спариваются и позже разрушаются. [c.47] При воздействии на струю слабых акустических колебаний наибольший интерес представляют гармонические (синусоидальные) колебания, которые характеризуются двумя параметрами - частотой и амплитудой. Уже первые эксперименты по тональному акустическому возбуждению низкоскоростных турбулентных струй показали, что последние восприимчивы к акустическим колебаниям. [c.47] Указанные два эффекта - интенсификация и ослабление перемешивания в начальном участке струи - реализуется при числах Струхаля, соответствующих Stj = 0,2-0,6 и Sts = 1,5-5, которые характерны для когерентных структур ближе к концу начального участка (i/tf — 3 - 5) и в присопловой части слоя смешения x/d 1). [c.50] Приведем некоторые результаты экспериментов, иллюстрирующие упомянутые выше эффекты для круглых струй. На рис. 2.3 показаны изменения средней скорости и продольных пульсаций скорости вдоль оси струи при ее поперечном [2.5] акустическом облучении, на рис. 2.4 - аналогичные результаты при продольном и поперечном [2.26] акустическом облучении струи. [c.50] На рис. 2.6 приведены профили средней скорости, трех компонент пуль-сационной скорости и рейнольдсова напряжения сдвига в сечении x/d = 8 турбулентной струи при числах Струхаля поперечного акустического облучения Sts = 0,39, Sts = 3,89 и Sts = О (при отсутствии возбуждения), при этом Re = 1,35 Ю и v /uq = 0,1% [2.5]. [c.52] Перейдем теперь к рассмотрению спектров продольных пульсаций скорости на оси струи и с слое смешения x/d = 3) при отсутствии возбуждения (Sts = 0), а также при низкочастотном (Sts = 0,46) и высокочастотном (Sts = 3,4) продольном акустическом возбуждении струи. На рис. 2.7 представлены соответствующие третьоктавные спектры [2.13]. Таким образом, в приосевой области начального участка струи акустическое возбуждение приводит к сдвигу спектра вверх (при Sts = 0,46) и вниз (при Sts = 3,4). Отсюда, в частности, следует, что кривые Stm x/d), приведенные в главе 1 (см. рис. 1.4,6), будут практически совпадать для невозбужденных и возбужденных струй [2.5,2.9]. [c.52] При низкочастотном акустическом возбуждении струи укрупнение периодических вихрей в слое смешения сопровождается некоторым нарушением изобаричности течения в приосевой области ее начального участка [2.29]. [c.54] Как указывалось выше (см. п. 1.1), при высокочастотном возбуждении струи характерное число Струхаля акустического возбуждения следует определить не только по диаметру сопла, а по характерному значению пограничного слоя на срезе сопла, например, по толщине потери импульса во. [c.54] Таким образом, акустическое гармоническое возбуждение турбулентной струи при сравнительно малых амплитудах является эффективным средством управления ее статистическими характеристиками. В настоящей главе рассматривается реализация такого управления при различных начальных условиях истечения (уровня возбуждения, режима течения в начальном пограничном слое, начальной турбулентности потока, модового состава акустических возмущений, числа Маха истечения, степени неизо-термичности струи, влияния отклонения формы управляющего сигнала от гармоничности и др.). [c.56] Вернуться к основной статье