Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор основных экспериментальных езультатов по возникновению и развитию когерентных структур в турбулентных сдвиговых течениях
1.1. Общее состояние исследований течений с крупномасштабными упорядоченными структурами . 14
1.2. Роль неоднородностей в формировании ближней области свободного течения 25
1.3. Аэроакустический резонанс в турбулентных течениях с когерентными структурами 29
ГЛАВА 2. Описание общих'подходов и применяемых средств исследований
2.1. Активные и пассивные методы контролируемых воздействий на течения с когерентными структурами 39
2.2. Экспериментальные установки 41
2.3. Экспериментальные модели и конфигурации 45
2.4. Основные методики и приборное оборудование 49
Выводы к Главе 2 55
ГЛАВА 3. Аэроакустический резонанс в двумерных течениях с когерентными структурами .
3.1 Возникновения аэроакустического резонанса 56
3.2 Структура возмущений течения в следе за пластиной 58
3.3. Влияние геометрических параметров плохообтекаемого тела и его расположения на резонансные характеристики объема 62
3.4. Управление течением в гистерезисных режимахаэроакустического резонанса 74
3.5. Управление течением посредством внешнего акустического воздействия на собственных акустических частотах резонансного объема...; 79
Выводы к Главе 3 84
Глава 4. Аэроакустический резонанс в трехмерном течении
4.1. Изменение резонансных характеристик при деформировании «плоской» резонансной области (случай стреловидной пластины 85
4.2. Резонансные явления в следе за толстостенными трубами (осесимметричный случай) 93
4.3. Управление резонансными явлениями в следе за круговыми дисками 106
Выводы к Главе 4 122
ГЛАВА 5. Возникновение и управление аэроакустическим резонансом в сложных пространственных конфигурациях.
5.1 Особенности возникновения аэроакустического резонанса в следах за крестообразными моделями 124
5.2 Передача управления течением между двумя источниками когерентных структур 127
5.3 Аэроакустический резонанс в следе за двумя стреловидными пластинами 136
Выводы к Главе 5 ... 140
Заключение 141
Литература 143
- Роль неоднородностей в формировании ближней области свободного течения
- Экспериментальные модели и конфигурации
- Влияние геометрических параметров плохообтекаемого тела и его расположения на резонансные характеристики объема
- Резонансные явления в следе за толстостенными трубами (осесимметричный случай)
Введение к работе
Проблема турбулентных течений имеет важное значение в современной технике и физике. Отрывные и сдвиговые течения, горение, шум струй, обтекаемость, физика атмосферы и другие разделы механики жидкости тесно связаны с турбулентностью.
За последние три десятилетия представления о структуре турбулентных сдвиговых течений претерпели существенные изменения. Ранее в общем случае турбулентность представлялась как хаотический или неупорядоченный процесс. Такое представление исходит из основополагающих экспериментов Осборна Рейнольдса, который предложил описывать поле течения как состоящее из поля средней скорости и случайных флуктуации. Этот способ описания послужил основой для создания статистической теории турбулентности. В то же время исследования турбулентности приобрели сейчас новый аспект. Эволюция взглядов связана с осознанием роли крупномасштабных образований или когерентных структур, которые присутствуют, по крайней мере, в некоторых, а возможно и во всех типах развитых турбулентных сдвиговых течений.
В настоящее время в теории турбулентности подходы, основанные на существовании в турбулентных течениях упорядоченных образований, или когерентных структур, получают все большее развитие. Когерентными структурами в турбулентных течениях называются долгоживущие упорядоченные крупномасштабные образования на фоне мелкомасштабной турбулентности, которые обладают высокой степенью универсальности для данного типа течения. В результате появляются новые способы описания течения путем разложения его на собственные "моды" или "функции". Привлекательной стороной таких представлений является возможность управления турбулентными потоками, поскольку упорядоченные образования могут служить объектами, посредством манипулирования которыми можно изменять течение в целом. Понятие когерентных структур в силу этих же причин проникло и в исследования ламинарно-турбулентного перехода, по крайней мере, его поздних стадий.
Способы управления когерентными структурами могут быть активными и пассивными. Под активными, в данном случае, подразумеваются периодические по времени воздействия, например, наложение акустического поля, а под пассивными - изменение геометрии течения, в частности, области, в которой происходит рождение когерентных структур.
Взаимодействие вихревых и акустических возмущений складывается из восприимчивости пограничного слоя (и, в частности, области отрыва) к акустическим возмущениям [1-3] и генерации звука при отрыве пограничного слоя. Известно, что такие взаимодействия играют важную роль как в сверхзвуковых, так и в дозвуковых течениях. Определение механизма этого взаимодействия требует изучения течения в следе за телом, где развиваются возмущения, привнесённые звуком в пограничный слой в области отрыва.
Турбулентный след за телами с острыми задними кромками характеризуется следующими особенностями [4]: для течения, подверженного воздействию только случайных фоновых флуктуации, спектр сигнала датчика термоанемометра не содержит выделенных частот. Однако в течении присутствуют крупномасштабные упорядоченные структуры, которые могут быть обнаружены методами визуализации течения. В том случае, когда задняя кромка "неострая" [5], в спектре наблюдается дискретная характерная частота, называемая далее основной частотой следа. Как было показано в работах [3, 6], эта частота присутствует в спектре, начиная с отрывной области на задней кромке обтекаемого тела и далее вниз по потоку. (Общая структура течения для полуцилиндрической задней кромки приведена на рис. 1).
Рисунок 1. Структура течения около задней кромки.
Амплитуда возмущения, соответствующего основной частоте, возрастает при удалении от области отрыва. Положения максимумов интенсивности возмущения по поперечной координате примерно соответствуют положению точек перегиба в профилях средней скорости. Поперечный линейный размер возмущения оказывается, таким образом, порядка ширины следа. Это крупномасштабное возмущение имеет вихревую природу и может быть названо когерентной структурой в силу большого времени существования, что было показано фазовыми измерениями. Когерентные структуры образуются в зоне отрыва пограничного слоя и распространяются далее вниз по потоку, фаза возмущения при этом растёт почти линейно вдоль продольной координаты, начиная от области отрыва. По разные стороны следа фаза отличается на 180, указывая на попеременный сход вихрей то с одной, то с другой стороны кромки. Из этого можно заключить, что когерентные структуры образуют почти периодическую последовательность - дорожку Кармана. Наложение акустического поля с частотой, равной основной частоте следа, приводит при достаточной его интенсивности к синхронизации образования структур, т.е. вихри начинают сходить с кромки более регулярно.
Когда на течение накладывается акустическое возмущение с частотой, которая отличается от основной частоты, в течении возникает дополнительная структура (её можно обнаружить при помощи той же процедуры, что и основную), существующая в течении совместно с основной. Так же как и у основной структуры фаза дополнительной структуры начинает меняться в области отрыва пограничного слоя. Кроме того, когда на течение накладывается акустическое возмущение, содержащее две частоты, наблюдаются три структуры - основная и две дополнительных. Следует заметить, что эти дополнительные структуры не влияют на основную ни тогда, когда возбуждается только дополнительная структура, ни тогда, когда возбуждаются и основная и дополнительная структуры.
Для последующего обсуждения важно также то, что область отрыва имеет некоторый диапазон частот (при фиксированной скорости потока), за пределами которого структуры не возбуждаются громкоговорителем, т.е. существует диапазон восприимчивости течения к внешним акустическим возмущениям.
Причем следует подчеркнуть, что, по-видимому, чем "острее" задняя кромка, тем шире диапазон восприимчивости. И наконец, наиболее важным является то, что частота основной структуры может захватываться внешним акустическим полем - изменяться в некотором диапазоне при изменении частоты акустического воздействия. При этом частота когерентных структур, совпадает с частотой звука [3, 6]. Это означает, что образование когерентных структур - существенно нелинейное явление.
Итак, из этого краткого изложения видно, что условия схода на задней кромке существенны для течения в целом, и, направленно воздействуя на эту область различными управляющими факторами, можно достигать значительных эффектов.
В то же время, сами когерентные структуры генерируют звук, порождая при некоторых условиях аэроакустический резонанс. И хотя звук генерируется всей дорожкой, энергия в звуковое поле передаётся в основном формирующимся вихрем [8], т.е. всё . взаимодействие (как влияние звука на след, так и обратное влияние следа на звук) происходит в области образования когерентных структур на задней кромке.
Явление аэроакустического резонанса, рассматриваемое в данной работе, представляет собой средство, при помощи которого может быть реализован один из пассивных способов управления течением.
Обзору основных экспериментальных и теоретических работ по исследованию когерентных структур и аэроакустических резонансов в турбулентных сдвиговых течениях посвящена 1-ая глава данной работы.
Впервые экспериментальные и численные исследования резонансных явлений при обтекании периодической решетки пластин в прямоугольном канале, обусловленных нестационарным сходом пограничного слоя с задних кромок пластин, были описаны в работах [9, 10]. Было показано, что собственные колебания в этом случае являются чисто акустическими и не связаны с колебаниями пластин. Вид собственных колебаний (зависимость амплитуды колебаний от пространственных координат) около одной пластины, расположенной в плоскости симметрии канала, был исследован в [11, 12].
Следует отметить, что в работах [9, 12-14] основной акцент делался на "акустической" стороне проблемы. Механике процессов, происходящих в области задней кромки, уделялось меньшее внимание, хотя и предполагалось, что именно геометрия основного потока способствует усилению сравнительно слабых акустических колебаний, излучаемых сходящими с задней кромки вихрями.
К настоящему времени, сложилось следующее представление об области начала следа - места где рождаются когерентные вихревые структуры (см. рис. 1). Акустическое поле воздействует на область образования когерентных структур, и, поскольку течение восприимчиво к звуку - частота и фаза схода когерентных структур изменяются, подстраиваясь под него. В то же время акустические колебания, излучаемые отдельными вихрями при отрыве от тела, складываются в фазе, давая в результате стоячую волну большой интенсивности, которая и обеспечивает синфазность образования вихрей. В пользу такого рода выводов свидетельствуют данные термоанемометрических измерений, проводившихся в работах [11, И, 15].
В главе 2 содержится описание использовавшихся в работе экспериментальных установок, моделей и методик исследования.
В третьей главе представлены результаты исследований течения за пластинами в канале с плоскопараллельными стенками. При определенных диапазонах геометрических и гидродинамических параметров реализуются режимы генерации мощных акустических колебаний. Показано, что именно когерентные структуры являются источником их возбуждения.
В резонансных режимах происходит существенная перестройка картины течения, и в следе, в частности. Кроме того, в следе наблюдается генерация высших гармоник. Показано, что резонансными режимами можно управлять пассивными и активными способами, а также их сочетанием. При этом именно соответствующая модификация когерентных структур в зоне отрыва приводит к изменению картины течения в целом.
Четвертая глава посвящена исследованию условий возникновения аэроакустического резонанса при нестационарном отрывном обтекании диска и осесимметричного тела в канале с плоскопараллельными стенками, исследованию влияния резонансного звука на характеристики следа за обтекаемым телом, а также возможностей управления течением в резонансном режиме как «пассивно» - посредством изменения геометрических параметров, так и «активно» - наложением внешних возмущений.
В пятой главе рассматривается течения в следе за сложными конфигурациями препятствий, как то, кресты различной формы или пара пластин с разной толщиной или углом стреловидности. Выявлены активные и пассивные способы управления резонансом в данных топологиях, которые могут быть применены и к более общим случаям.
Разграничение на активные и пассивные методы в значительной мере условно. В данной работе рассматриваются случаи, когда генератором звука является само течение, однако этот звук в некотором смысле можно рассматривать как внешний, поскольку различные области течения могут генерировать звук «почти независимо».
В заключении сформированы основные результаты и выводы диссертационной работы.
Роль неоднородностей в формировании ближней области свободного течения
Развитие представлений о механике процессов в области схода потока с поверхности твердых тел имеет важное значение для ряда практически важных случаев. В частности, известно, что двумерное несимметричное течение около тела конечного размера не определяется однозначно уравнениями движения идеальной жидкости, а зависит от произвольного параметра - циркуляции скорости. В задачах теории крыла необходимое дополнительное условие у задней кромки, называемое условием Кутта-Жуковского, позволяет решить задачу в случае стационарного безотрывного обтекания тела с одной особой точкой. В более общих случаях отрывного обтекания так называемых плохообтекаемых тел необходимо учитывать, что область течения у задней кромки имеет конечные размеры и в ней существуют нестационарные вихревые возмущения. Построение "конечного и нестационарного условия Кутта-Жуковского", аналитически описывающего область отделения потока от тела, вряд ли возможно в обозримом будущем [90] без углубления знаний о механике процессов, происходящих в пограничном слое в начале следа.
В частности, известно, что акустическое поле может оказывать существенное влияние на пульсационные и средние характеристики турбулентных течений с поперечным сдвигом. Это влияние связывают обычно с порождением акустическим полем вихревых возмущений (когерентных структур), которые в значительной мере и определяют развитие такого рода течений [43]. С общенаучной точки зрения в этом явлении акустика соединяется с механикой жидкости [90], [91] в вопросе о генерации звука вихрями и, наоборот, о генерации завихренности акустическим полем. Одним из ключевых моментов является выяснение области, в которой происходит преобразование.
Из существующих результатов исследований следует, что область отрыва пограничного слоя имеет принципиальное значение и ее нужно выделять из "отрывной области" ("застойной зоны", "области возвратного течения"), обычно рассматриваемой, например, при "стационарном" анализе течения в ближнем следе за плохообтекаемым телом. Поэтому в нижеследующем изложении под ней понимается сравнительно небольшая область, именно в которой пограничный слой "отделяется" от поверхности тела, для краткости она называется "зоной отрыва" (общая структура течения, например, для полуцилиндрической задней кромки приведена на рис. 1.1). В частности, в этой зоне, как будет показано в последующих главах, происходит взаимодействие вихревых и акустических возмущений.
Кратко рассмотрим относящиеся к содержанию настоящей работы эффекты воздействия акустики на течение в зоне отрыва. Имеющиеся данные показывают, что в турбулентном следе за телом с острой задней кромкой, подверженном воздействию только случайных фоновых гидродинамических и акустических флуктуации, спектр сигнала датчика термоанемометра не содержит выделенных частот, хотя крупномасштабные упорядоченные структуры в течении присутствуют. В этом случае не наблюдается и сколько-нибудь заметного звука дискретного тона. Когда же задняя кромка "неострая", дискретная частота (называемая далее основной частотой следа) присутствует в спектре гидродинамических пульсаций. Источник этой частоты находится именно в зоне отрыва.
Важно отметить, что в случае неострой кромки и акустические возмущения той же частоты (сравнительно слабые) уже присутствуют в течении, и генерируются они также в зоне отрыва.
По нашему мнению, процесс развития турбулентного следа существенно зависит от динамики когерентных структур, возникновение которых в свою очередь определяется внешними условиями.
Рассмотрим теперь некоторые классические типы течений, в которых "присутствуют" плохообтекаемые тела.
Наиболее простым случаем поперечного обтекания плохообтекаемого тела является обтекание равномерным потоком кругового цилиндра при его больших удлинениях. В непосредственной близости за цилиндром образуется зона обратных токов, за которой развивается периодическое течение обычно называемое вихревой дорожкой Кармана. При этом вдоль образующей цилиндра средняя скорость практически постоянна, поперечные профили скорости подобны [93]. Квазидвумерный характер течения в следе позволяет достаточно подробно теоретически и экспериментально изучить закономерности его развития в широком диапазоне режимных параметров (см., например, [94], [95], [96]).
Экспериментальные модели и конфигурации
Общая схема эксперимента приведена на рис. 2.3. В данном случае для возбуждения резонансов и пассивного управления ими требовалось выдерживать геометрические размеры моделей в определенных пределах. Описываемые разновидности моделей в основном относятся к трубе МТ-324.
Прежде всего, модели типа пластин подразделялись на прямоугольные в плане, или двумерные (рис. 2.4а) и стреловидные, или скользящие (рис. 2.46). В двумерном случае вдоль потока устанавливалась от одной боковой стенки до другой плоская пластина с закругленными передней и задней кромками, радиус закругления которых равнялся половине толщины пластины. В ходе эксперимента использовался набор пластин толщиной d = 0,008 м и длиной L = 0,05 - - 0,4 м, а также пластина d = 0,01 ми длиной L = 0,15 м, ширина равнялась ширине рабочей части и была одинаковой для всех пластин. Пластины были изготовлены из прозрачного органического стекла. Выбранные листовые заготовки для изготовления пластин имели колебания по толщине в пределах 0,1 - - 0,3 мм от номинальной толщины листа, и дополнительная обработка поверхностей этих пластин не производилась. Имелась возможность введения дополнительного элемента в виде стержня с диаметром 0,002 м в зону отрыва по всему размаху задней кромки. Средняя скорость набегающего на модель потока определялась при помощи трубки Пито-Прандтля и микроманометра. Измерения были проведены в диапазоне скоростей набегающего потока UQQ от 5 до 45 м/с.
"Большая" модель в виде прямоугольной пластины с хордой 0,3 м, толщиной 0,04 м и размахом 1 м использовалась также для исследования резонанса в трубе Т-324,
Для исследования влияния асимметрии области течения на аэроакустические резонансные колебания пластина длиной 0,15 м устанавливалась на расстояниях h = 0 - 0,06 м с шагом 0,01 м от плоскости симметрии рабочей части.
В качестве стреловидных моделей использовались «скользящая» пластина длиной (в направлении потока) 0,15 м, толщиной 0,01 м и углом скоса 30 и набор «скользящих» пластин с расстоянием между задней и передней кромками (вдоль линии перпендикулярной к кромкам) 0,12 м, толщиной 0,008 м и углом скоса от 10 до 60.
Также в ходе экспериментов использовались следующие модели: плоские диски диаметром 0,16 м и 0,2 м и толщиною 0,008 м, изготовленные из органического стекла с закругленной кромкой (Рис. 2.4в).
При исследованиях резонанса в осесимметричном случае использовались трубы различной длины (Рис.2.4г). Модели собирались из набора осесимметричных колец, изготовленных из прозрачного оргстекла. В данной работе использовались модели с длиной 50 - 400 мм. Наружный диаметр у всех моделей равнялся 100 мм. Толщина стенок составляла 8 мм. Передняя и задняя кромки моделей имели закругление с радиусом равным половине толщины стенок. Ось симметрии модели при установке в рабочую часть совпадала с осью симметрии рабочей части.
Использовались также конфигурации, носящие условно название «кресты» - модели, составленные из прямоугольных пластин, соединённых боковыми кромками (рис. 2.4д). Проведены эксперименты с тремя разновидностями «крестов». Первая, называемая в соответствующем разделе «модель Ь , состояла из трёх пластин толщиной 0,008 м, соединённых боковыми кромками на одной оси под углами 120 друг к другу. Исследования проводились с двумя моделями длиной вдоль потока 0,15 и 0,3 м. Вторая разновидность экспериментальных моделей - состояла из пластины шириной 0,2 м («горизонтальной»), к продольной осевой линии которой шарнирно прикреплена пластина той же длины, способная вращаться вокруг линии крепления. Такая модель также была двух длиной 0,15 м и длиной 0,3 м. Третья разновидность - составлена из пластины шириной 0,2 м («горизонтальной») и двух пластин той же длины («вертикальных»), прикреплённых к «горизонтальной» сверху и снизу вдоль осевой линии под прямым углом к поверхности «горизонтальной» пластины, длина модели - 0,15 м. Толщина горизонтальной пластины 0,1 м , вертикальных - 0,08 м.
Влияние геометрических параметров плохообтекаемого тела и его расположения на резонансные характеристики объема
В настоящей части работы ставилась задача нахождения пассивных способов управления путем изменения геометрических параметров течения, а также уточнения представлений о механике процессов в области задней кромки, с целью нахождения режимов, в которых могут возникать резонансные акустические колебания, обусловленные генерацией когерентных структур в зоне отрыва за плохообтекаемыми телами [104], [107].
Эксперименты проводились в дозвуковой аэродинамической трубе МТ-324 замкнутого типа с закрытой рабочей частью квадратного сечения 0,2 х 0,2 м и длиной 0,8 м. Схема эксперимента приведена на рисунке 2.3. Использовался набор моделей, относящихся к третьей группе, и описанный в параграфе 2.3 как пластины различной длины (рис. 2.4а), форма которых в плане показана на рис. 2.4а. Для конкретности, напомним, что в данной части вдоль потока устанавливалась от одной боковой стенки до другой плоская пластина с закругленными передней и задней кромками, радиус закругления которых равнялся половине толщины пластины. В ходе эксперимента использовался набор пластин толщиной d = 8 мм и длиной L = 50 400 мм, ширина равнялась ширине рабочей части и была одинаковой для всех пластин. Имелась возможность введения дополнительного элемента в виде стержня с диаметром 2 мм в зону отрыва по всему размаху задней кромки.
Типичная зависимость частоты когерентных структур в следе от скорости набегающего на модель потока приведена на рисунке 3.4. Спектр сигнала в следе при отсутствии звука содержал одну выделенную частоту fo и зависимость являлась линейной. В диапазонах скоростей с интенсивным излучением звука (области пунктирных линий на рис. 3.4) частота схода когерентных структур fo оставалась постоянной и была равной частоте звука, как и в предыдущем параграфе. По сравнению с "дорезонансным" режимом амплитуда пульсаций скорости в следе на основной частоте fo
существенно увеличивалась. Спектр пульсаций скорости у задней кромки в режимах излучения звука содержал дополнительные гармоники. Аналогичные результаты были получены для всех моделей.
Постоянство частоты схода когерентных структур в пределах диапазонов генерации звука свидетельствует о захвате частоты следа акустическими колебаниями. Резонансная частота при этом ниже естественной частоты, что согласуется с результатами предыдущего параграфа.
Существенно изменить частоту схода вихрей, уже захваченную в режиме аэроакустического резонанса и, соответственно, "расстроить" резонансный режим, внешним акустическим воздействием, не удается (за исключением специальных режимов течения, рассмотрение которых содержится в следующих параграфах).
В то же время резонанс может быть устранен путем размещения дополнительных предметов в области генерации когерентных структур. В нашем случае в резонансном режиме через отверстие в боковой стенке рабочей части достаточно было ввести в область отрыва стержень с длиной примерно 1/2 размаха модели, и звук исчезал. (Интересно отметить, что при этом и скорость потока в рабочей части увеличивалась.) Этот факт, с одной стороны, подтверждает определяющую роль зоны отрыва для процесса развития колебаний в следе и резонансных акустических колебаний. С другой стороны, он указывает на возможность управления резонансным режимом (в смысле "включения - выключения") посредством использования пассивных элементов, помещаемых в зону отрыва.
Как уже отмечалось выше, в следе присутствовали гармоники основной частоты, причем каждая из них имела своё собственное распределение. Однако колебания с частотой равной половине основной частоты в следе также не были обнаружены.
Для моделей длиной 300 и 400 мм существовало два резонансных режима в диапазоне рабочих скоростей трубы, причем для пластины длиной 300 мм уровни звука в обоих интервалах скоростей были сопоставимы. Для пластины длиной 400 мм на первой резонансной частоте звук был существенно слабее, чем на второй. Это связано, по-видимому, с тем, что первый резонанс возбуждался при низкой скорости набегающего потока, а согласно [9] амплитуда звуковых пульсаций давления пропорциональна скоростному напору.
Резонансные явления в следе за толстостенными трубами (осесимметричный случай)
На рис. 3.11 этот эффект качественно иллюстрируется спектрами, которые измерялись вблизи зоны отрыва. Когда течение находится в состоянии, соответствующем нижней ветви области гистерезиса, то включение громкоговорителя на частотах (581,3 Гц и 588,4 Гц), соответствующих диапазону захвата на этой ветви, лишь незначительно смещает основную частоту следа и, соответственно, ее гармоник и слегка влияет на их интенсивность по сравнению со случаем, когда громкоговоритель выключен.
Если же состояние течения соответствует верхней ветви, то при выключенном громкоговорителе резонансный звук не излучается и соответственно в следе наблюдается в основном основная частота в присутствии слабых гармоник. Когда включается громкоговоритель на частоте 580 Гц (вблизи нижней по частоте границы диапазона захвата), то это уже начинает влиять на основную частоту, однако по-прежнему течение не переходит в резонансный режим. И, наконец, при включении громкоговорителя на частоте 585 Гц течение переходит в состояние, соответствующее нижней ветви, о чем свидетельствует спектр, содержащий соответствующий набор гармоник, сравнимых по интенсивности с основной частотой следа. Течение теперь излучает звук в режиме резонанса. Данный переход носит необратимый характер, при выключении громкоговорителя течение уже не возвращается в нерезонансный режим.
Таким образом, в данной части работы проведены исследования по поиску способов управления течением в области диапазона скоростей гистерезиса. Показано, что при применении активного источника управления, воздействующего в определенном диапазоне частот на генерацию когерентных структур в области отрыва, возможен перевод течения из нерезонансного состояния в резонансное. Посредством анализа спектрального состава колебаний в следе в области задней кромки показано, как изменяется структура течения при этом переходе. Как было показано ранее, в резонансном режиме происходит существенное изменение интегральных характеристик. Следовательно, использование активного источника для воздействия на течение, находящееся в соответствующем состоянии, может являться эффективным средством управления потоком.
Описанный в параграфе 3.4 метод управления течением при помощи громкоговорителя, основанный на явлении захвата, позволяет смещать естественную частоту следа в относительно небольших пределах. Причиной этого, по-видимому, является то, что пространственное распределение звука, излучаемого громкоговорителем не связано соответствующим образом с процессом генерации структур в зоне отрыва, генерируемого следом, поэтому взаимодействие оказывается не таким эффективным, как в резонансном случае.
В данной части работы частота внешнего звукового поля выбиралась совпадающей с собственной акустической частотой резонансного контура (или близкой к ней). В этом случае звук громкоговорителя не рассеивается беспрепятственно в окружающее пространство, а возбуждает в резонансном контуре стоячую звуковую волну. При этом, кроме усиления интенсивности акустического поля, оно и в пространстве распределяется соответствующим образом, что, по-видимому, может приводит к повышению эффективности взаимодействия акустического поля с областью образования следа.
Для реализации такого метода управления течением применялась следующая процедура. В рабочей части с пластиной длиной 100 мм создавалась скорость потока вне резонансного диапазона. Соответствующая скорость потока в результате предварительных исследований выбиралась таким образом, чтобы резонансная частота объема не попадала в диапазон восприимчивости вблизи основной частоты следа. После создания в рабочей части требуемой скорости термоанемометром определялся спектральный состав пульсаций скорости в следе при различных значениях частоты воздействия звуком от громкоговорителя.
В частности, на рис. 3.12 приведены данные для скорости набегающего потока 37 м/с, при которой в следе генерировалась частота примерно 1000 Гц, ближайшая меньшая резонансная частота равнялась примерно 780 Гц. Из них видно, что при воздействии на след резонансной (780 Гц, рис. 3.126) или близкой к ней (800 Гц, 3.12в) частотах, в следе наблюдается генерация возмущения с комбинационной частотой, равной разности естественной частоты следа и частоты звука. При воздействии же частотой 820 Гц (рис. 3.12г), которая, по-видимому, уже не относится к диапазону частот, способных создавать резонансное распределение звука в пространстве около пластины, генерации комбинационных частот в следе не наблюдалось. С другой стороны, здесь уже, судя по наличию небольшого пика на частоте 820 Гц, начинается "обычное"
