2.7. Вибрационное возбуждение турбулентной струи

Вибрационное возбуждение турбулентной струи было исследовано на установке, описанной в работах [2.12,2.13]. Были проведены эксперименты двух серий. В экспериментах первой серии струя возбуждалась продольными акустическими волнами и при этом измерялись вибрации сопла (продольные и поперечные), вызванные акустическим облучением.

Рис. 2.27. Сравнение влияния частоты поперечного облучения на среднюю и пульсационную скорости в фиксированной точке на оси струи истекающей из сопла и диафрагмы

Система крепления сопла варьировалась таким образом, чтобы имелась возможность в широких пределах изменять вибрационное ускорение кромки сопла при фиксированных уровнях акустического воздействия. В экспериментах второй серии в отсутствие акустических возмущений с помощью вибратора генерировались продольные или поперечные синусоидальные вибрации сопла (вибрационные ускорения Эти вибрации изменялись по амплитуде и частоте и регистрировались с помощью вибродатчиков. В обоих случаях реакция струи на периодические возмущения определялись по измерениям средней скорости на оси струи в точке

Исследования проводились при истечении холодных воздушных струй из сопла диаметром со скоростью при числе Рейнольдса Сопла имели переменную длину , что обеспечивало получение в их выходном сечении

ламинарного или переходного пограничного слоя. Акустическое поле создавалось динамическим громкоговорителем, установленным на торцевой стенке успокоительной камеры. Максимальные уровни звукового давления на оси струи вблизи среза сопла достигали значений Частота воздействующего на струю звука и частота вибраций контролировались с помощью частотомера. Интенсивность вибраций сопла оценивалась величиной где а - вибрационное ускорение и ускорение силы тяжести.

Поскольку акустическое возбуждение струи неизбежно сопровождается вибрациями сопла, то представляет интерес изучение индуцированного звуком вибрационного ускорения на изменение скорости на оси струи. Было установлено, что изменение скорости на оси струи в основном зависит от уровня акустических возмущений и очень слабо - от вибрационного ускорения кромки сопла. Так, при различной степени демпфирования крепления сопла одинаковые изменения скорости были получены при примерно одинаковых уровнях акустического воздействия, но при существенно отличающихся значениях вибрационных ускорений. Отсюда можно заключить, что механизм акустического воздействия на аэродинамические характеристики струи не связан с вызванными звуковым облучением вибрациями сопла.

Рис. 2.28. Зависимости изменения скорости на оси струи в точке от числа Струхаля при фиксированном уровне вибрационного ускорения для сопел 1-3

Во второй серии экспериментов пульсации кромки сопла создавались с помощью вибратора при отсутствии акустических возмущений. Излучаемый вибратором шум был незначительным и не мог оказать какого-либо влияния на струю. Оказалось, что вибрации сопла с частотами и амплитудами, равными соответствующим значениям при звуковом облучении, не приводили к ощутимому изменению скорости в точке на оси струи. Однако при существенном увеличении вибрационного

Рис. 2.29. Зависимости изменения скорости на оси струи от интенсивности радиальных вибраций при для сопел 1-3

ускорения вибрации сопла при подходящем выборе частоты и амплитуды позволяют осуществить управление параметрами струи. Это следует из рис. 2.28, где представлены зависимости скорости на оси струи от числа Струхаля для сопел 1-3 при фиксированном значении вибрационного ускорения Здесь, как и в случае акустического возбуждения, реализуются два эффекта - интенсификация и ослабления перемешивания, однако, эти эффекты выражены слабее, чем при акустическом возбуждении.

На рис. 2.29 представлены зависимости изменения скорости на оси струи в точке от интенсивности вибраций при различных значениях для сопел 1-3. Особенно интересны эти кривые для сопла 2: здесь реализуется смена знака воздействия при высокочастотных вибрациях и насыщение при низкочастотных вибрациях с ростом уровня

Были также измерены третьоктавные спектры продольных и радиальных пульсаций скорости на оси струи при различных расстояниях от сопла.

Рис. 2.30. Спектры продольных и радиальных пульсаций скорости на оси струи при вибрационном возбуждении для и 3,98

Наибольшие изменения достигались при На рис. 2.30 представлены спектры продольных и радиальных пульсаций скорости на оси струи при для и 3,98 при вибрационном возбуждении.

В заключение отметим, что описанные выше эффекты при вибрационном возбуждении струи соответствуют чрезвычайно малым среднеквадратичным значениям амплитуды вибраций