Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите Сервер по Физике Обратите внимание!
 
  Наука >> Физика >> Общая физика >> Колебания и волны >> Акустика | Научные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение

Ближнее акустическое поле импульсной струи

к.т.н. Третьяков Д.В.
Опубликовано на сайте Laboratory.Ru, 05.04.2000 г.
Содержание

Сигналы с датчиков давления, установленных на малых и больших полярных углах являются характерными, соответственно, для ударной и акустической волн. На рис. 4 приведен вид типичной зависимости относительного избыточного давления $\Delta\tilde p$ от времени в точке с полярным радиусом 12,5d+ и полярным углом 30$^{\circ}$ (кривая 1) и в точке с тем же полярным радиусом, но с полярным углом 120$^{\circ}$ (кривая 2). Под относительным избыточным давлением понимается величина: $\Delta\tilde p =\frac{\Delta p}{p_0}$, где $\Delta p$ - изменение давления при акустическом или ударном возмущении, p0 - начальное давление в невозмущенной среде.

Рис. 4. Типичные зависимости избыточного давления от времени в ближнем акустическом поле импульсной струи.

Для обеих зависимостей за начало отсчета принят момент прихода возмущения от головной части импульсной струи в рассматриваемую точку. Наличие нескольких максимумов в фазе сжатия на кривой 1 не является случайным, а имеет стабильную повторяемость во всех опытах с установкой датчика в этой точке. Существование этих максимумов объясняется присутствием дополнительных волн сжатия, следующих в непосредственной близости за фронтом основной ударной волны. Фронты этих волн можно отчетливо наблюдать в проходящем луче лазера рис. 2 (полосы поперек отрезка А-А)

Наибольшее избыточное давление в фазе сжатия при полярных углах меньших критического значения незначительно уменьшается при увеличении угла, а при превышении критического значения его спад становится более резким. На рис 5 приведены экспериментальные зависимости наибольшего относительного избыточного давления $\Delta\tilde p$ от полярного угла $\varphi$ для точек на полярных радиусах 12,5d+, 18,75d+ и 25d+. Перегиб кривых находится в интервале полярных углов 60 75$^{\circ}$ , что не противоречит условию равенства скорости звука и скорости нормальной составляющей набегающего потока. Наименьшее значение избыточного давления в фазе разряжения, следующей за фазой сжатия, монотонно увеличивается с увеличением полярного угла (рис. 5). Перегибов на этих зависимостях не наблюдается.

Рис. 5. Наибольшее значение относительного избыточного давления в фазе сжатия и наименьшее в фазе разряжения.

Как следует из анализа результатов экспериментов, диаграмма направленности импульсной струи газа, как источника промышленного шума, существенно отличается от круговой. Площадь фронта акустической волны, на рассматриваемых радиусах, примерно в 1,4 раза больше фронта ударной волны. Однако, энергия, переносимая в окружающее пространство акустической волной, примерно в 6,3 раза меньше энергии переносимой ударной волной. При интегрировании по поверхности акустической и ударной волны плотность потока энергии рассчитывалась по показаниям датчиков давления.

Первый максимум в спектре сигнала датчика давления приходится на диапазон частот (2,38 2,89)*108/t+. При этом с увеличением полярного угла установки датчика с 30$^{\circ}$ до 150$^{\circ}$ среднее в группе опытов значение частоты, на которую приходится первый максимум, изменяется с 2,38*108/t+ до 2,89*108/t+. На всех полярных углах на частотах превышающих (11,90 12,75)*108/t+ в спектре возникает ряд максимумов, значения которых значительно ниже первого максимума. На полярных углах, близких к критическому, наблюдается появление максимума в диапазоне частот от 5,95*108/t+ до 8,50*108/t+. Этот максимум по величине соизмерим с первым максимумом на частотах (2,38 2,89)*108/t+. Начиная с некоторого полярного угла максимум на частотах (5,95 8,50)*108/t+ начинает превышать значение первого максимума.

В общем случае кроме возмущения в затопленном пространстве, связанного с преодолением головной частью сверхзвуковой импульсной струи аэродинамического сопротивления. Звук будет генерироваться и непосредственно струей газа, как в случае стационарного режима истечения струи. Генерирование звука импульсной струей можно визуализировать при просвечивании пространства вблизи струи лучом лазера (рис.6 - на рисунке отмечены *). Сравнивая яркость изображений и интерференционные картины можно заключить, что величина избыточного давления в звуковых волнах, генерируемых непосредственно газом струи, пренебрежимо мала по сравнению с избыточным давлением, возникающем при прохождении ударной и акустической волн от преодоления аэродинамического сопротивления головной частью.

Рис. 6

По результатам проведенной работы могут быть сделаны следующие выводы:
  1. Промышленный шум от истечения в окружающее пространство сверхзвуковой импульсной струи определяется преодолением ее головной частью аэродинамического сопротивления.
  2. Возникающая при движении головной части струи ударная волна на некотором полярном угле вырождается в акустическую.
  3. Большая часть энергии, передаваемой от сверхзвуковой импульсной струи газа окружающей среде, переносится ударной волной.
  4. Спектральные характеристики акустического поля существенно зависят от полярного угла.
Полученные выводы использовались при разработке мер по защите от промышленного шума, вызванного истечением из различных агрегатов импульсных струй в окружающее пространство.

Список литературы.

  1. Гвоздева Л.Г. Формирование квазистационарной струи внутри сопла в процессе его ударного запуска.// Изв. АН СССР. МЖГ. 1977. N1. с. 76-82.
  2. Добрынин Б.М., Масленников В.Г., Сахаров В.А. Процесс установления плоского сверхзвукового струйного течения при различных физических свойствах истекающего и затопляющего газов.// ЖТФ.. 1987. т. 57, вып.1. с. 118-124.
  3. Голуб В.В., Шульмейстер А.М. Стартовые ударные волны и вихревые структуры, возникающие при формировании струй. // Изв. АН СССР. МЖГ. 1988. N5. с. 146-150.

Назад


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования