ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Схемы самовозбуждения турбулентных струйных течений из "Акустическое управление турбулентными струями " В ряде случаев роль когерентных структур в струях и слоях смешения становится определяющей в отношении аэродинамических и акустических характеристик струйных течений. Это происходит при усилении акустической обратной связи, что наблюдается при реализации различного рода резонансов. Простейшим случаем подобного рода является истечение струи из ресивера (рис.5.1,а), являющегося резонатором с резонансными частотами, которые лежат в диапазоне чувствительности струи к периодическому возбуждению. При этом струя возбуждается без какого-либо внешнего источника звука [5.1]. [c.140] Наиболее известным эффектом самовозбуждения струи является так называемый клиновый тон, который реализуется при натекании плоской струи или слоя смешения на клин или круглой струи - на соосное кольцо (рис. 5.1, б). При этом за счет взаимодействия когерентных структур с кромкой клина (кольца - в осесимметричном случае) реализуется акустическая обратная связь, при которой волны давления, образующегося при соударении когерентных структур с кромкой клина или кольца, распространяются навстречу потоку и возбуждают слой смешения в выходном сечении сопла или разделяющей пластины. В результате взаимодействия сдвигового слоя с клином или кольцом возникают интенсивные автоколебания, частота которых определяются скоростью потока, начальной толщиной слоя смешения, углом раствора клина и расстоянием xq вдоль по потоку от среза сопла или разделяющей пластины (в случае слоя смешения) до препятствия. [c.140] При возникновении автоколебаний в спектре пульсаций скорости в слое смешения и пульсаций поперечной силы на клине появляются дискретные составляющие. При плавном увеличении расстояния хо наблюдаются скачкообразные изменения частоты с характерным гистерезисом. Наличие клина, на который натекает сдвиговый слой, приводит к такому изменению вихревых структур, которое подобно их изменению при внешнем периодическом возбуждении сдвигового слоя на основной частоте следования крупномасштабных вихревых структур. [c.140] При натекании турбулентной струи на экран с достаточно большими дозвуковыми скоростями при не очень больших расстояниях среза сопла от экрана также возникают мощные автоколебания (рис. 5.1,Э). Эта проблема рассмотрена в параграфе 5.2. [c.142] Остановимся подробнее еще на одном ярком примере самовозбуждения струи. Это так называемое свистящее сопло в котором реализуется самовозбуждение струи с управляемой амплитудой и частотой (рис. 5.1,е). Оно состоит из трубы постоянного сечения и следующей за ней муфты, скользящей по трубе. При продольном смещении муфты изменяется длина Lg широкого окончания трубы. Муфта обеспечивает скачкообразное расширение потока из трубы длиной Lp. С помощью этого устройства можно возбудить в выходном сечении трубы гармонические колебания скорости с интенсивностью = ((г )) / /гto до 10-12% без какого-либо подвода энергии извне и, таким образом, существенно интенсифицировать перемешивание в струе [5.8,5.11]. [c.142] Автоколебания в свистящем сопле образуются при взаимодействии двух независимых резонансных механизмов характерного тона сдвигового слоя, вызванного нестационарным отрывным течением за обращенным по потоку уступом (в муфте), и резонанса подводящей ( органной ) трубы. При плавном изменении геометрических параметров свистящего сопла (например, длины Lo муфты) происходит скачкообразное изменение частоты автоколебаний, причем смежные ступени разделены мертвыми зонами где невозможна одновременная реализация указанных выше двух резонансных механизмов. Частота и амплитуда генерируемого в сопле чистого тона зависит от длины трубы Lp, длины кольца Lo, высоты h, скорости истечения uq и диаметра трубы d. Частота тона сдвигового слоя кратна частоте Std в диапазоне Stj = 0,3 - 0,6 предпочтительной моды струи. [c.142] Необходимо подчеркнуть, что возбуждение струи помимо свистящего сопла возможно при замене муфты на рис. 5.1,е кольцом (рис.5.1,лс) или шайбой (рис.5.1 ). При этом, однако, слышимый тон будет менее интенсивным, чем для свистящего сопла . Кроме того, заметная интенсификация смешения в струе для этих устройств достигается только при ламинарном режиме течения при выходе из трубы [5.11]. В заключение упомянем еще один важный случай реализации автоколебаний в аэродинамических трубах с открытой рабочей частью (рис.5.1,м), который рассмотрен ниже в параграфе 5.3 и в главе 9. [c.142] На рис.5.2 случай Std = О соответствует невозбужденной струе, когда L = 0. [c.143] Вернуться к основной статье