2.8. Акустическое возбуждение высокоскоростных струй

Дозвуковая струя при числах Маха облучалась высокоинтенсивным звуком с частотой число Рейнольдса изменялось в интервале . Схема экспериментальной установки показана на рис. 2.31. Газоструйный излучатель 1, питаемый сжатым воздухом от компрессора, располагался в одном из фокусов эллиптического концентратора 2, срезанного в плоскости второго фокуса Во втором фокусе помещался срез воздушного сопла 3, через которое подавался воздух под давлением 0,02 - 0,7 атм, что соответствовало числу Маха истечения Диаметр выходного сечения сопла Отработанный воздух из излучателя полностью удалялся из концентратора через пазы 4 и не влиял на исследуемую струю.

Исследуемые струи укладывались в размер фокального плана и находились практически в равномерном по сечению (в пределах ±1 звуковом поле. В спектре звукового сигнала, измеренного в фокальной плоскости концентратора в отсутствие струи, субгармоника с частотой, вдвое меньше основной, не наблюдалась или ее уровень был по крайней мере на ниже уровня основной частоты. В спектре, кроме основной частоты, наблюдались лишь высшие гармоники, причем уровень составляющей с удвоенной частотой был на ниже уровня основного сигнала. Таким образом, струя возбуждалась практически гармоническим сигналом [2.13].

На рис. 2.32 для сопла диаметром представлено изменение скорости вдоль оси струи при при числах Струхаля, соответственно равных и 0,25. Отсюда следует, что характер звукового воздействия при больших дозвуковых скоростях и высоких амплитудах возбуждающего сигнала остается тем же, что и при сравнительно слабом акустическом возбуждении (см. п. 2.1). При это воздействие проявляется в уменьшении или даже в практически полном исчезновении начального участка струи. Как следует из зависимостей представленных на рис. 2.32, на основном участке возбужденных струй происходит более быстрое раскрытие струи, т.е. возрастание углового коэффициента

На рис. 2.33 представлены зависимости отношения скоростей на оси

(кликните для просмотра скана)

струи от числа Струхаля при фиксированных расстояниях от среза сопла и 10 для струи, истекающей из сопла диаметром Здесь - скорость на оси струи при отсутствии акустического возбуждения. Отсюда следует, что максимальная интенсификация смешения наблюдается при Важно отметить, что при отношение остается меньше единицы. Это находится в соответствии с выводами параграфа 2.2, согласно которым эффект ослабления перемешивания при высокоамплитудном возбуждении не имеет места.

Рис. 2.33. Зависимость отношения от числа Струхаля при разны: расстояниях от сопла диаметром Кривые

Очень интересен следующий результат эксперимента: спектральный анализ измеренных с помощью термоанемометра турбулентных пульсаций скорости на оси струи и на линии кромки сопла показал, что наряду с частотой возбуждающего сигнала в спектрах присутствуют и субгармоники с половинной частотой, причем в ряде случаев на расстояниях и 5 амплитуды последних были одного порядка с амплитудой пульсаций на основной частоте. Это означает, что в начальном участке струи происходило спаривание когерентных структур. Было показано, что на оптимальном режиме возбуждения затраты акустической энергии не превышают 2% от кинетической энергии струи.

Итак, в описанном эксперименте при в начальном участке струи происходило спаривание вихрей. В эксперименте, описанном ниже в параграфе 4.1, спаривание не имело места. Возможно, это различие обусловлено начальными условиями истечения в обоих экспериментах. В обоих случаях на срезе сопла пульсации скорости изменялись по синусоидальному закону. В опытах, описанных в параграфе 4.1, отношение среднеквадратичных пульсаций скорости в центре сопла и к скорости истечения составляло примерно в то время аналогичное значение для дозвуковой струи где - среднеквадратичное значение пульсаций скорости в звуковой волне.