ГЛАВА 10. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СЛОЯ СМЕШЕНИЯ С ПОЛОСТЬЮ

10.1. Отрывное обтекание полости

При обтекании полости на плоской поверхности при определенных условиях возникают автоколебания. Причина их возбуждения состоит в возникновении акустической волны в результате удара вихрей слоя смешения о заднюю кромку полости. Это иллюстрируется сравнением характера пульсаций скорости в слое смешения для двух случаев обтекания: обтекания обращенного назад уступа и полости прямоугольного сечения (рис. 10.1). Во втором случае в спектре пульсаций наблюдаются ярко выраженные дискретные составляющие, что обусловлено наличием акустической обратной связи с возбуждением автоколебаний [10.3]. На характер возбуждения автоколебаний может влиять также то обстоятельство, что для некоторых частот полость может служить акустическим резонатором [10.10]. В результате характеристики автоколебаний определяются геометрией полости, числами Рейнольдса и Маха, режимом течения в пограничном слое перед полостью (ламинарный или турбулентный) и характерной толщиной этого слоя.

Рис. 10.1. Обтекание обращенного назад уступа и прямоугольной полости

На рис. 10.2 представлены результаты экспериментального определения зависимости числа Струхаля для первых трех мод автоколебаний при обтекании полости прямоугольной формы от отношения длины полости к ее глубине Там же приведен спектр пульсаций давления за полостью. Эти результаты взяты из обзора [10.10].

Очень интересны механизмы взаимодействия вихрей слоя смешения с прямоугольной кромкой полости. Было показано, что здесь наблюдается неоднозначность. При взаимодействии слоя смешения (с характерной частотой организованных структур с кромкой при генерируются либо пульсации половинной частоты что наблюдается

Рис. 10.2. Зависимость от отношения Спектр пульсаций давления за полостью

при либо пульсации с частотами что наблюдается при где в - толщина потери импульса в слое смешения на передней кромке выреза. Было установлено, что столь различные эффекты являются следствием разных типов взаимодействия дискретной вихревой структуры с задней кромкой выреза: в одних случаях вихрь, не разрушаясь, проходит над кромкой; в других происходит дробление вихря с уносом частей его распада по обе стороны от кромки; в третьих - вихрь целиком отклоняется во впадину перед кромкой (рис. 10.3). Многообразие исследованного взаимодействия обусловливает периодическую смену типов взаимодействия [10.9].

Рис. 103. Зависимость от при разных типах взаимодействия вихрей с задней кромкой полости

Для уменьшения амплитуды возбуждаемых автоколебаний разработан целый ряд мероприятий: передняя и (или) задняя прямоугольные кромки срезаются или скругляются, над полостью располагается перфорированная пластина или сетка и др. (см. обзор [10.9]).