Введение к работе
. Актуальность темы.
Исследование генерации звука турбулентными течениями в стратифицированной среде представляет интерес как с общетеоретической точки зрения, так и в прикладном плане.В этом смысле возбуждение акустических колебаний турбулентними движениями жидкости широко исследуется применительно к задачам аэроакустики (снижение вредных воздействий шумов аэродинамического происхождения), физики атмосферы и океана (механизмы формирования динамических шумов), а также в астрофизике и физике Солнце (механизмы передачи энергии в солнечной короне, возбуждение инфразвуковых волн в плазме).Бурное развитие вычислительной техники и расширение возможностей современных ЭВМ открывает новые возможности для исследования этих явлений.
В настоящее время достигнуты значительные успехи в моделировании на ЭВМ пространственных задач динамики вязкой жидкости, что создает основу для проведения вычислительных экспериментов ' по прямому моделированию генерации звука нестационарным потоком гладкости и турбулентностью и, как следствие, исследования закономерностей этого явления. Цель работы.
Моделирование генерации акустического излучения нестационарным движением жидкости и турбулентностью в стратифицированной среде на основе проведения вычислительных экспериментов. Обще ыетоды исследования.
В данной работе использовался подход численного моделирования генерации вихревого звука, при котором первоначально численно решалась гидродинамическая задача, далее на основании акустической теории Лайтхилла по найденным гидродинамические параметрам определялось акустическое излучение гидродинамического течения. На основе такого подхода исследовалась генерация звука турбулентными течениями в стратифицированной среде.
Для решения задачи о динамике сферической зоны смешения (коллапса) в устойчиво - стратифицированной по плотности жидкости применялся известный численный метод, основанный на использовании
расщепления нестационарных уравнений двюкония по физическим факторам.
Для решения системи уравнений Рейнольдса применялась неявная схема рвшегаїя уравнения, основанная на определении поправки к давлению из уравнения Пуассона с правой частью, полученной из условия несжимаемости срзды в рассматриваемом сечении.В этом методе применялись высокоточные компактіше схемы третьего порядка точности разработанные Л.И.Толстых [1,2].
Научная новизна работы состоит в том, что.автором впервые проведено прямое численное моделирование генора'ции звука турбулентными течениями в стратифицированной среде.На основе такого моделирования впервые получены:
-эволюция диаграмм направленности сферической зоны смешения при различных числах Фруда, показано влияние чисел Фруда и Рейнольдса на акустическое излучение сферической зоны смешения, -графики оволюции акустической мощности сферической зоны смешения при различных числах Фруда.
-закон убывания акустической мощности при коллапсе сферической зоны смешения.
-зависимость уровня акустической мощности турбулентной струи для двух значений числа Маха при различных числах Фруда. -диаграммы направленности акустического излучения турбулентной струи при различных числах Сруда.
-результаты расчетов зависимости акустической мощности от числа Фруда при различных числах Маха (числа Рейнольдса фиксированы), -обобщенный спектр акустической мощности турбулентной струи для двух различных чисел Фруда (числа Рейнольдса и Маха фиксированы).
На модельном примере исследована генерация звука аэродинамической струей:
Приведена зависимость уровня акустической мощности аэродинамической струи для двух значений числа Маха (числа Маха малы). І.Даниленко А.Ю., Костин В.И., Толстых A.M. О неявном алгоритме расчета течений однородной и неоднородной жидкости/ЛІрепринт ВЦ АН СССР.-1985, 30 стр.
2.Толстых А.И. Компактные разностные схемы и их применение в задачах аэрогидродинамики. Ы.: Наука, 1990. 230 с.
Приведена диаграммы направленности акустического излучения аэродинамической струи при малих числах Маха. Представлен обобщенный спектр акустической мощности аэродинамическое струи.
Для численного моделирования генерации звука турбулентными течениями впервые -были использованы высокоточные компактные схеми третьего порядка
-била использована весьма полная модель турбулентности с учетом возможной анизотропии турбулентности в стратифицированной-среде.
Самостоятельно были написаны и состикешш с используемыми программами расчета гидродинамических параметров Гущина В.А., Костила В.И. програмки расчета акуотпчеекнх характеристик сферической зоні; смешения, крыла конечного размаха,турбулентной струи (дааграі.мі направленности, акустической мощности, спектра акустической мсідностк), программа расчета полн скоростей вихревой пари.
Практическая ценность.Результаты исследования генерации акустического излучения турбулентними течениями могут бить использованы при решении задач генерации динамических шумов атмосфери и океана, задач снижения вредшх воздействий шумов аэродинамического происхождения в системах вентиляции.
Структура диссертации.Работа состоит из введения, четырех глав и заключении.Бвьдание носит обзорный характер.Во введении освещаются подходи, применяющиеся для исследования явлений генерации звука вихревыми потоками.
В первой главе исследуется генерация звука крупномасштабной турбулентностью на модельном примере сферической зоны смешения. Под действием стратификации такая зона смешения коллапсіфует, создавая нестационарное гидродинамическое течение, возбуждающее акустические колебания.
Во второй глава рассматривается излучение звука турбулентной аэродинамической струей при малых числах Маха.
В третьей главе исследуется излучение звука турбулентной гидродинамической струей при различных числах Фруда.
Четвертая глава носит дополнительный характер.В ней рассмат
ривается ч .і ; ; ; „ ._,-*-
никами, а такке задача генерации звука вихревой парой, сбегающей с крыла конечного размаха.
В заключении подводится итог проделанной работе.Принятая структура изложения является, по мнению автора, наиболее целесообразной.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на семинаре математического факультета Дальневосточного Государственного университета 1991 г. (г.Владивосток), региональном семинаре "Проблемы математической физики и вычислительной математики" (г.Владивосток), на 15 конференции молодых ученых Щ>ТИ 1990 г, XI Всесоюзной акустической конференции-1991 г. (г.Москва).
Публикации.Основные результаты диссертации опубликованы в работах І1-7].
Обьеы работы.Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения и списков литературы, включающих ИЗ наименований.Весь материал изложен на I )J? страницах , иллюстрирован тридцатью графиками и диаграммами.
