ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Прямое численное моделирование турбулентного движения в начальном участке осесимметричной струи при наличии низкочастотного гармонического возбуждения из "Акустическое управление турбулентными струями " В аэродинамических трубах замкнутого типа с открытой рабочей частью в определенном диапазоне скоростей возникают автоколебания, приводящие к существенному возрастанию продольных низкочастотных пульсаций скорости в рабочей части и пульсаций давления во всем тракте трубы. [c.150] Указанные автоколебания [5.5,5.14] вызваны взаимодействием гидродинамических колебаний потока в слое смешения свободной струи и акустических колебаний в обратном канале (стоячие звуковые волны). Наличие гидродинамических колебаний в слое смешения струи приводит к тому, что интенсивность пульсаций скорости в ядре потока в открытой рабочей части превышает соответствующие пульсации в аэродинамических трубах с закрытой рабочей частью [5.12]. [c.151] Другой недостаток аэродинамических труб с открытой рабочей частью состоит в том, что если не принять необходимых мер, с ростом скорости потока возникают сильные вибрации элементов трубы, которые угрожают целостности конструкции трубы и здания, что особенно существенно для промышленных труб большого диаметра. Однако, если даже принять необходимые меры, приводящие к уменьшению пульсаций потока и тряски конструкции трубы, полностью подавить автоколебания и, соответственно, пульсации потока в рабочей части общепринятыми способами во всем диапазоне рабочих скоростей не удается, и при некоторых скоростях потока интенсивность пульсаций скорости в рабочей части остается завышенной и превышает 1,5-2,5%. При этих скоростях, как правило, эксперименты не ведутся, что естественно сужает диапазон рабочих скоростей. [c.151] Наиболее распространенные способы демпфирования такого рода колебаний сводятся либо к ослаблению регулярных вихреобразований в слое смешения свободной струи, либо к ослаблению воздействия колебаний в свободной струе на колебания в обратном канале [5.5]. Первое достигается сообщением пограничному слою в начальном сечении струи азимутальной неоднородности, что в конечном счете ослабляет или разрушает кольцевые вихри (когерентные структуры) второе - с помощью отверстий в стенках диффузора вблизи его входной кромки. [c.151] Обратный канал трубы является акустическим резонатором, благодаря чему в определенных диапазонах скоростей потока возбуждаются мощные звуковые волны. В открытой рабочей части реализуется затопленная струя, которая, как указывалось выше (параграф 1.1), является усилителем гидродинамических пульсаций. Связь между резонатором и усилителем осуществляется за счет преобразования акустических и гидродинамических волн друг в друга, которое наиболее эффективно у концов резонатора. [c.151] На рис. 5.8 представлены зависимости амплитуды (2) и частоты (/) колебаний давления в свободной струе в зависимости от скорости потока, иллюстрирующие возникновение автоколебательных режимов в аэродинамической трубе с диаметром сопла d — 0,5 м, ее аэродинамический контур представлен на рис. 5.9. [c.152] Рассмотрим теперь особенности наиболее распространенных устройств для демпфирования автоколебаний а аэродинамических трубах [6.9]. [c.153] Не касаясь других способов демпфирования автоколебаний в аэродинамических трубах с открытой рабочей частью, укажем, что в главе 9 рассмотрен акустический метод управления указанными автоколебаниями. Теория таких автоколебаний с учетом наличия двух ветвей акустической обратной связи изложена в монографии [5.4]. [c.153] В настоящей главе рассмотрены известные методы математического моделирования дозвуковых турбулентных струй при наличии периодического гармонического возбуждения. Особое внимание уделяется описанию в рамках этих методов образования и взаимодействия крупномасштабных когерентных структур, а также их восприимчивости к периодическому возбуждению. Приводятся данные расчетов, иллюстрирующих интенсификацию турбулентного перемешивания (генерацию турбулентности) в струях при их низкочастотном гармоническом возбуждении и ослабление перемешивания (подавление турбулентности) в струях при их высокочастотном возбуждении. Подчеркивается, что математическое моделирование периодического возбуждения турбулентных струй позволяет описать закономерности периодического (акустического) возбуждения струй, которые ранее были установлены в экспериментальных исследованиях. [c.155] Исходная система уравнений содержала нестационарные уравнения неразрывности, количества движения и энергии дозвукового течения невязкого газа (уравнения Эйлера). Подсеточная турбулентность не учитывалась. Для численного решения применялся конечноразностный метод и соответствующая аппроксимация граничных условий. Расчеты выполнены для дозвуковых чисел Маха (Мо = 0,43 и 0,57). Влияние пограничного слоя на срезе сопла, естественно, не учитывалось. Однако, задавалось начальное значение толщины потери импульса на первом шаге интегрирования поперек слоя смешения рассмотрены два значения во = d/70 и во — d/liO. Вследствие принятого предположения об осевой симметрии течения надежные результаты были получены на участке струи протяженностью не больше четырех калибров а = (О - 4)d. [c.155] Приведенные данные иллюстрируют возможность численного моделирования основных эффектов, наблюдаемых при низкочастотном гармоническом возбуждении турбулентной струи утолщение слоя смешения и повышение продольных пульсаций скорости на оси струи в пределах начального участка в зависимости от частоты и уровня возбуждения. При этом учитывается в полной мере важная роль крупномасштабных когерентных структур в процессах смешения. [c.157] Некоторая ограниченность этих результатов обусловлена принятым допущением об осевой симметрии мгновенного течения. [c.157] Вернуться к основной статье