Том 38, номер 01, статья № 8

Аннотация:

Перспективным методом исследования структуры течения в турбулентных сверхзвуковых струях является бесконтактный метод лазерного просвечивания. Интерпретация результатов эксперимента – нетривиальная задача, особенно в части, касающейся турбулентности, вследствие пространственной неоднородности полей газодинамических характеристик. В настоящей статье проводится анализ спектрального состава турбулентности в аксиально симметричных струях в корневой области (до смыкания слоев смешения) на основе результатов лазерного просвечивания. Представлены результаты экспериментальных исследований флуктуаций интенсивности лазерного пучка, распространяющегося через сверхзвуковую затопленную струю. Спектральная плотность мощности флуктуаций полностью соответствует известным экспериментальным и расчетным спектрам для движущейся турбулентной атмосферы, за исключением высокочастотного интервала. Спектр в этом интервале представляет собой суперпозицию двух степенных компонент, показатель одной из них близок к известному значению -14/3, другой – меньше. Показано, что это обусловлено различием скоростей движения и структурой вихревых потоков во внешней и внутренней областях слоя смешения. Полученные результаты могут быть применены при расчете газодинамических характеристик и акустического излучения нерасчетных струй реактивных двигателей.

Ключевые слова:

сверхзвуковая струя, флуктуации, спектры, зондирующий лазерный пучок, вихри

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Банах В.А., Запрягаев В.И., Кавун И.Н., Сазанович В.М., Цвык Р.Ш. Экспериментальные исследования дисперсии и спектров флуктуаций интенсивности лазерного пучка, пересекающего сверхзвуковой поток газа // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 5. С. 408–412.
2. Маракасов Д.А., Сазанович В.М., Сухарев А.А., Цвык Р.Ш. Флуктуации интенсивности лазерного пучка, распространяющегося через сверхзвуковую затопленную струю // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 11. С. 985–992; Marakasov D.A., Sazanovich V.M., Sukharev A.A., Tsvyk R.Sh. Intensity fluctuations of a laser beam propagating through a supersonic flooded jet // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 3. P. 233–240.
3. Marakasov D.A., Banakh V.A., Sukharev A.A., Tsvyk R.Sh. Study of the structure of turbulent under expanded supersonic jets by laser transillumination // Waves Random Complex Media. 2023. V. 33, N 5–6. P. 1224–1233. DOI: 10.1080/17455030.2022.2061083.
4. Маракасов Д.А., Сазанович В.М., Сухарев А.А., Цвык Р.Ш. Особенности пространственных спектров флуктуаций показателя преломления в сверхзвуковом потоке // Изв. вузов. Физика. 2013. Т. 56, № 8/3. C. 328–330.
5. Запрягаев В.И., Киселев Н.П., Пивоваров А.А. Газодинамическая структура осесимметричной сверхзвуковой недорасширенной струи // Механика жидкости и газа. 2015. № 1. С. 95–107.
6. Губанов Д.А., Дядькин А.А, Запрягаев В.И., Кавун И.Н., Рыбак С.П. Экспериментальное исследование влияния шероховатости сопла на параметры течения в слое смешения осесимметричной высокоскоростной дозвуковой струи // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2020. № 2. С. 42–50. DOI: 10.31857/S0568528120010077.
7. Бойко В.М., Достовалов А.В., Запрягаев В.И., Кавун И.Н., Кисeлев Н.П., Пивоваров А.А. Исследование структуры сверхзвуковых неизобарических струй // Уч. зап. ЦАГИ. 2010. Т. 31, № 2. С. 44–57.
8. Запрягаев В.И., Солотчин А.В., Киселев Н.П. Исследование структуры сверхзвуковой струи при изменении геометрии входного участка сопла // ПМТФ. 2002. Т. 43, № 4. С. 58–65.
9. Бойко В.М., Запрягаев В.И., Пивоваров А.А., Поплавский С.В. Коррекция данных piv для восстановления скорости газа в сверхзвуковой недорасширенной струе // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 5. С. 87–97.
10. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
11. Запрягаев В.И., Солотчин А.В. Трехмерная особенность структуры течения в сверхзвуковой недорасширенной струе // Механика жидкости и газа. 1991. № 1. С. 42–46.
12. Запрягаев В.И., Солотчин А.В. Экспериментальное исследование влияния шероховатости сопла на продольные вихревые образования в сверхзвуковой струе // ПМТФ. 1997. Т. 38, № 1. С. 86–95.
13. Белоцерковский С.М. Турбулентность и вихревая аэродинамика. URL: https://www.liveinternet.ru/users/2005608/post84317976/ (last access: 03.04.2024).
14. Козлов Г.В., Литвиненко Ю.А., Грек Г.Р., Сорокин А.М. О механизме возникновения и развития когерентных структур в ламинарной и турбулентной круглых струях // Вестн. НГУ. Сер. Физика. 2008. Т. 3, вып. 1. С. 12–22.