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 от времени в точке с полярным радиусом 12,5d+ и полярным углом 30 (кривая 1) и в точке с тем же полярным радиусом, но с полярным углом 120 (кривая 2). Под относительным избыточным давлением понимается величина: , где - 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 от полярного угла для точек на полярных радиусах 12,5d+, 18,75d+ и 25d+. Перегиб кривых находится в интервале полярных углов 60 75 , 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 до 150 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:
- Промышленный шум от истечения в окружающее пространство сверхзвуковой импульсной струи определяется преодолением ее головной частью аэродинамического сопротивления.
- Возникающая при движении головной части струи ударная волна на некотором полярном угле вырождается в акустическую.
- Большая часть энергии, передаваемой от сверхзвуковой импульсной струи газа окружающей среде, переносится ударной волной.
- 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.
- Гвоздева Л.Г. Формирование квазистационарной струи внутри сопла в процессе его ударного запуска.// Изв. АН СССР. МЖГ. 1977. N1. с. 76-82.
- 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.
- 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
|