2.2. Влияние уровня акустического возбуждения

Экспериментальные исследования показали, что при низкочастотном акустическом возбуждении струи эффект интенсификации смешения усиливается с ростом уровня возбуждения. Однако после достижения некоторого предельного уровня возбуждения наступает насыщение, и дальнейшее увеличение этого уровня мало сказывается на характеристиках струи. Этот вывод был впервые обоснован в работе [2.64], а затем подтвержден в более обстоятельном исследовании [2.61]. В этой работе опыты проводились со струей, истекающей из сопла диаметром при числах Маха истечения и 0,54, числе Струхаля и уровнях продольного акустического возбуждения пограничный слой на срезе сопла был турбулентный начальная турбулентность потока в центре выходного сечения сопла На рис. 2.11 представлены зависимости при фиксированных значениях и разных значениях которые иллюстрируют эффект насыщения [2.61].

В отличие от случая низкочастотного возбуждения, при высокочастотном акустическом возбуждении с ростом уровня возбуждения насыщение не имеет места. Более того, увеличение уровня возбуждения выше некоторого значения сопровождается ослаблением эффекта, причем просматривается тенденция к изменению знака воздействия. Это следует [2.6] из зависимостей (рис. 2.12) средней скорости и двух компонент пульсаций скорости на оси струи от уровня возбуждения при для случая продольного акустического возбуждения (навстречу потоку). Как следует из рис. 2.12, при может произойти смена знака воздействия, т.е. вместо ослабления перемешивания будет получена его интенсификация.

Рис. 2.11. Изменение средней скорости и продольных пульсаций скорости вдоль оси струи при ее низкочастотном продольном акустическом возбуждении

Рис. 2.12. Изменение средней скорости, продольных и радиальных пульсаций скорости на оси струи при продольном высокочастотном акустическом возбуждении струи в зависимости от уровня возбуждения

Это явление более детально исследовано в работах для случая поперечного акустического возбуждения турбулентной струи. На рис. 2.13 представлены зависимости и от числа Струхаля вточке на оси струи при разных уровнях звукового давления для двух

скоростей истечения Здесь обращают на себя внимание следующие обстоятельства. Во-первых, все эти зависимости получены при строго фиксированных уровнях звукового давления вблизи кромки сопла и, соответственно, при Поэтому кривые имеют плавный характер, в отличие от аналогичных кривых предыдущего параграфа. Во-вторых, установлено, что с ростом уровня возбуждения при больших числах Струхаля ослабление перемешивания сменяется его интенсификацией при при и На рис. 2.13 смена знака воздействия при соответствует и при

Явление смены знака воздействия отчетливо иллюстрируется кривыми при Здесь для при и при при (рис. 2.14). Следовательно, при высокочастотном периодическом

Рис. 2.13. Зависимости на оси струи в точке от при разных уровнях возбуждения для

возбуждении струи имеет место не только оптимальная частота, но и оптимальный уровень возбуждения.

Приведенные выше результаты для турбулентной струи согласуются с результатами аналогичного исследования для слоя смешения [2.54]. В указанной работе изучено влияние амплитуды высокочастотного возбуждения на подавление турбулентности в слое смешения круглой струи диаметром которая облучалась через узкую щель на срезе сопла в радиальном направлении. Начальный пограничный слой был ламинарным, число Струхаля амплитуда и 4,5%. В качестве характеристики подавления турбулентности использовалось отношение где

Рис. 2.14. Изменение вдоль оси струи при

Рис. 2.15. Зависимость степени подавления турбулентности от числа Струхаля в сечении при разных уровнях акустического возбуждения

соответственно минимальные среднеквадратичные значения продольной пульсации скорости при наличии и отсутствии возбуждения (рис. 2.15) в сечении где подавление оказалось максимальным. Оказалось, что при наименьшем из исследованных уровней возбуждения максимальное подавление происходит при числе Струхаля соответствующем максимальному пространственному росту возмущений в полном согласии с линейной теорией устойчивости. С ростом уровня возбуждения от 0,5% до 4,5% максимальное подавление турбулентности в слое смешения смещается в сторону более высоких значений от до При возможно достижение значений