Введение к работе
Актуальность проблемы. Резонаторы Гартмпновского типа, к которым относится сверхзвуковая струя, набегающая на плоскую преграду в режиме автоколебаний, широко применяются в промы-шсленяости в качество источников звуковых волн большой иптеп-сивности. Последние исполі.зуются, например, в техпологичоских процессах топкой очистки газа, разрушения пены, ускорения сушки без повышения температуры и т.д. Традиционно высок интерес к струйным течениям и связанным с ними проблемами у разработчиков ракетных комплексов. В частности, в связи с проблемой безопасного старта ракет.
Общепризнанной теории неустойчивости сверхзвуковой струи, набегающей на плоскую преграду, в настоящее время нет. Изучение явления находится на той стадии, когда его физическая модель только строится. Выдвигаются различные гипотезы относительно возможного механизма развития процесса. Само количество гипотез, а их около десяти, свидетельствует о сложности явления и о том, что для качественного скачка в понимании мехаиизма потери устойчивости и поддержания колебаний необходимо про-ьести поиск повых закономерностей, получить более подробпую информацию о структуре течения. Положительные результаты, полученные в атом напранлении, способствуют развитию наших представлений о явлении и имеют фундаментальное значение.
Широкое практическое ирименепие рассматриваемого эффекта делает необходимость его изучения еще более актуальной.
Цель диссертационной работы. Исследование, проводимое в диссертационной работе нацелено на изучение механизмов и поиск закономерностей динамики автоколебате.льпых процессов в сверхзвуковой струе, набегающей по нормали на бесконечную плоскую преграду.
Научная новизна и практическая ценность. Научной новиз-пой дайной работы является следующее:
Дало регаен-ие проблемного вопроса о характере перехода от одного типа стационарного течепия-с радиальным растекапием к другому — с цриосевой циркуляционной зоной. Предложен метод выявления общих и специфических черт процесса автоколебаний в
струе, набегающей на преграду, с і очки зрения сходства их с колебаниями в акустических резонаторах типа резонансных .труб и резонаторов Гельмгольца. На режимах автоколебаний обнаружены новые существенные особенности картины течения. Описана их роль в процессе колебаний. В результате, установлено, что влияние процессов в периферийном потоке газа на состояние газа в центральной области на режиме автоколебаний более сильное, чем было принято считать ранее. Таким образом выявлен новый важный канал обратной связи -- через периферийный ноток газа. Кроме того, установлен ряд важных закономерностей, позволяющих лучше понять механизм раскачки и поддержания пульсаций. Зафиксированы в численном расчете и изучены режимы нестабильных пульсаций с немонотонно меняющейся амплитудой. Исследовано явление аномального увеличения амплитуды пульсаций давления в центре преграды при изменении геометрии преграды: преграда с неглубокой цилиндрической выемкой. Построена исследовательская математическая модель явления, представляющая собой уточненную модель К. Ме.рча. Модель позволяет учитывать кривизну центрального скачка и наклон контактной поверхности к оси течения в тройной точке.
Полученные результаты могут быть использованы при построении адекватной изучаемому явлению физической и математической модели.
Достоверность результатов обеспечивается пропаренной надежностью применяемого метода численного счета в решении широкого круга газодинамических задач, в том числе нестационарных и сравнением полученных результатов с данными физическою эксперимента и с результатами других авторов, использовавших другие расчетные методики. Независимость результатов расчета, от параметров численною метода подтверждена специальным методическим исследованием.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научном семинаре кафедры гидроаэромеханики математико-механического факультета Санкт-Петербурге коп > государственного университета и на XVI Всероссийском семинаре "Течения газа и плазмы в соплах, струях и следах"' (Санкт-Петербург, 1997).
Публикации. По материалу диссертации оиубликиваны четыре работы, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. .Диссертация состоит из четырех глав, заключения и списка литературы, содержашего 42 наименования. Общий объем диссертации составляет 110 страниц. Работа содержит .48 рисунков.