4.2. Визуализация течения в дозвуковой круглой струе при продольном и поперечном интенсивном акустическом возбуждении

Для исследования механизма образования возмущений в струе под действием звуковых волн были использованы газоструйные излучатели большой интенсивности что позволило при теневой съемке дозвуковой турбулентной струи (число Маха истечения наблюдать не только вихри, образующиеся под действием звука, но и порождающие их звуковые волны При этом число Рейнольдса, определенное по диаметру сопла и скорости истечения, составило Использование газоструйных излучателей большой интенсивности привело к тому, что периодическое возбуждение уже не было во времени гармоническим, а приобретало пилообразную форму

При анализе результатов исследования влияния акустического воздействия на струю, когда в качестве источника звука применялся свисток Гартмана, следует обратить внимание на следующие обстоятельства.

1. Излучаемый свистком Гартмана сигнал не является гармоническим. Помимо основного тона в спектре присутствуют вторая, а иногда и третья гармоники, поэтому реально имеет место многочастотное воздействие на струю.

2. Характеристики направленности излучения, соответствующего различным гармоникам, могут различаться. Следовательно, при изменении взаимного расположения струи и свистка соотношение между интенсивностью шума на различных гармониках может изменяться (в некоторых случаях уровень шума на частоте второй гармоники был выше, чем уровень на частоте основного тона).

3. Вследствие высокого уровня шума, генерируемого свистком Гартмана, создаваемая свистком акустическая волна является волной конечной амплитуды, и по мере распространения волны ее форма может изменяться (от волны с крутым передним фронтом вблизи излучателя до возможно близкой к синусоидальной волны вдали от него) с соответствующим изменением относительного уровня гармонических составляющих. Поэтому при регулировке уровней облучение струи путем изменения расстояния между струей и излучателем даже при сохранении постоянного угла между осями струи и излучателя гармонический состав воздействующего на струю

Рис. 4.6. (см. скан) Осциллограммы и спектры газоструйного излучателя с эллиптическим концентратором при разных расстояниях

сигнала будет изменяться по мере изменения расстояния между струей и свистком.

Рассмотрение процесса взаимодействия звука большой интенсивности с дозвуковой струей при продольном акустическом возбуждении показывает (рис. 4.7), что прямое воздействие продольной звуковой волны, распространяющейся из успокоительной камеры в направлении истечения струи, имеет место в слое смешения в непосредственной близости от

(кликните для просмотра скана)

выходного сечения сопла. Именно здесь, при прохождении фазы максимального сжатия звуковой волны, видимой на теневых фотографиях, генерируется тороидальный вихрь. Образовавшийся таким образом кольцевой вихрь в процессе своего развития сносится потоком, увеличивается в размерах и затем при разрушается. На участках струи вне присоплового слоя смешения звуковые волны большой интенсивности не оказывают сколько-нибудь существенного влияния на вихри, конвектируемые вниз по потоку от места их зарождения.

При поперечном облучении дозвуковой струи воздействие звука на струю, как и при продольном облучении, локализируется в слое смешения в непосредственной близости от кромки сопла и вызывает образование вихря, который обладает азимутальной неоднородностью - его интенсивность максимальна на ближайшей к излучателю границе струе; этот вихрь косой (рис. 4.8).

Увеличивая частоту звукового воздействия, можно добиться образования нескольких вихрей в пределах начального участка струи и исследовать воздействие звука на вихри, находящиеся на различных стадиях своего развития Как указывалось выше, звуковые волны интенсивности не оказывают влияния на уже образовавшиеся вихри, в то же время фронт звуковой волны при прохождении через вихрь претерпевает заметные изменения в соответствии с изменением скорости в поперечном сечении вихря. Была также предпринята попытка исследовать воздействие на вихри высокоинтенсивного звука от излучателя, помещенного в один

Рис. 4.8. (см. скан) Поперечное облучение струи, вызывающее образование косого вихря.

Рис. 4.9. Взаимодействие звуковой волны с цепочкой тороидальных вихрей при продольном облучении

из фокусов эллиптического концентратора, обеспечивающего локализацию воздействия на небольшом участке струи (вблизи второго фокуса). И в этом случае не обнаружено воздействия звуковой волны на вихри.

Анализ теневых фотографий, полученных при высокоамплитудном акустическом облучении, позволяет заключить, что генерируемые при этом кольцевые вихри намного превосходят по интенсивности кольцевые вихри в слое смешения начального участка необлученной струи; эти последние вихри на фотографиях не просматриваются. Важно отметить, что спаривания генерируемых звуком кольцевых вихрей не наблюдается.

Отсутствие парных слияний индуцированных звуком кольцевых вихрей в рассмотренных в настоящем параграфе случаях, по-видимому, может быть объяснена большой интенсивностью этих вихрей. Аналогичный эффект, как известно, наблюдается в вихревой дорожке Кармана при отрывном обтекании цилиндра, где также отсутствуют парные слияния плоских вихревых жгутов [4.2].

Литература

(см. скан)

(см. скан)