Коливання та випромiнювання звуку пружними пластинами, що збуджуються турбулентним потоком тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

РГб од

„ 7 ; академія наук. України

ІНСТИТУТ П ДРОМЕХАНІКИ

На правах рукопиоу

БОРИСКК АНДРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УЖ 532.526

КОЛИВАННЯ ТА ВИПРОМІНЮВАННЯ ЗВУКУ ПРУЖИШ ' ПЛАСТИНАМИ, ЩО ЗБУДНУЮТЬСЯ ТУРБУЛЕНТНИМ ПОТОКОМ

/01.02.05 - механіка рідини, газу та плазми/

Автореферат диоертації на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук

Київ - 1993

Робота виконана в Інотитуті гідромеханіки АН України Науковий керівник - член-кореопондент АН України,

, доктор фізико-математичних наук,

, професор' Грінченко В.Т.

Офіційні опоненти - доктор фізико-математичнихнаук, профеоор- Ладіков-Роев Ю.П.

- кандидат фізико-математичних наук, от.н.о. Горбань В.О.

Ведуча організація- Інститут прикладних проблем .

механіки і математики-АН України ім. Я.СЛідотригача

Захиот відбудеться " ^ 1993 р, о ” " годині

на засіданні спеціалізованої ради-.Д 0XÍ .6^.01 Інституту гідромеханіки АН України за адресою : 252057, Київ, вул.Желябова 8/4.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інатитуту гідромеханіки АНУкраїни ' .

Автореферат розісланий " " • 1993 р.

Вчений секретар

спеціалізованої рада Константинов М.Ю.

кандидат технічних наук

-з-

Актуальність теми. Дослідження взаємодії пружних тіл з лотог ката рідини чи газу,*що набігають на них, е на цей час предметом інтенсивних наукових досліджень у зв”язку з широкім колом г"стосу вань, які охоплюють корабле- та машинобудування, авіаційну промислово іть, медицину, системи зв"язку і 'комунікацій та ряд інших галузей. При цьшу як науковий, так і практичний, інтерес тут пов"язаний щонайменше з трьома аспектами. По-перше, важливим с вивчення поведінки самої обтічної конструкції. По-друге, ваіхливш наслідком її коливань е шум, який виникає в навколишньому середовищі, а також монливість керування його рівнями за рахунок підбору величин визначальних параметрів. І по-третє, вивчення закономірностей формування коливальних і звукових полів безпосередньо пов"я-зане з моделюванням.і описом турбулентності в граничному шарі, що. виникає на поверхні обтічного тіла.

Слід, однак, відзначити, що в теоретичному плані проблема взаємодії рЬзв"язана далеко не повністю. Через взаємний вплив турбулентного граничного шару і обтічної пружної конструкції одне на одного отримання загального розв'язку є дооить проблематичним. Річ у тому, що тут. надзвичайно важко описати поле сил, збудження,пульсацій тиску на стінці і, як наслідок, рівняння коли-

вань і генерування звуку будуть формальними рівняннями з невідомими правими частинами.

Однак, вказані труднощі розв'язуються через прийняття на підставі багатьох даних /в тому числі експериментальних/ фундаментальної гіпотези про ігнорування зворотнього вплину коливань на структуру потоку в турбулентному граничному шарі. Таке припущення фактично дозволяє розглядати проблему перевипромінюваїиія енергії турбулентності пружними тілами в потоці як проблему генерування звуку при вимушених коливаннях елементів конструкцій. При цьому вибір моделі поля пульсацій тиску на гкорсткій стінці є фактично

виборо;.; моделі для сил збудкення. ;

Перша така модель була запропонована Коркосом. Вока будувалась .еля опису поля перешкод гідроакустичних приймачів, лісі працюють поблизу обтічної поверхні. Б цьому випадку енергетика перешкод визначається конвективними складовими. Тому модель Коркоса задовільно описує структуру частотно-хвильового спектра ф^(к^к1} ь>) лише р області хвильових чисел, близьких до конвективного при' відносно високих частотах. Якщо к цікавитись дальнім акустичним полем, то тут, в,усякому разі якісно, зрозуміло, що довгохвильові складові •' повніші відігравати визначальну роль, і для проведення розрахунків необхідно мати інші моделі. .

Задача їх побудови виявляється надзвичайно важкою через дві причини. Перш за все, дуже важко поотавити експеримент, який би дав можливість проводити вимірювання довгохвильових компонент.

З іншого боку, необхідно врахувати квадратичне спадання опектра (Ч Ч ч) при малих хвильових числах к , що пророкується теорією Філіпоа-Крейчнана. • . • '

Останнім часом з"явилооь декілька моделей /моделі Чейза, Фоко -Вілліамоа та Смодякова-Ткаченка/, призначених для опису області

т* .

малих к . При цьому во і вони однаково добре апрокоимують конвек-тивну область спектра, відрізняючись водночао в діапазоні малих к. При існуючих відмінностях, природно, постає питання про порівняння моделей, встановлення тих чи інших недоліків та переваг, меж їх застосування. У зв"язку з цим однією із задач дисертації є проведення порівняльного аналізу різних моделей чаототно-хвильового опектра в області малих хвильових чисел.

Виконані до цього часу дослідження перевипромінгаваної енергії турбулентності грунтуються на використанні моделі Коркоса. Для моделі Коркоса характерне припущення про відносно високий рівень дозгохвилигаого складових в спектрі пульсацій тиску. Саме ця. обота-

. -я-

вина дозволяє розробити'спеціальні алгоритми обрахунку характеристик випромінюваного пруанями елементами звуку,'з яких кехтусться внесок конвективної області спектра. 7 зв"язку з цим перехід до інших моделей поля пульсацій тиску вимагає розробки нових алгоритмів обрахунку. Одночасно слід з’’ясувати .роль конвектпвшіх складових в коливальних і звукових полях, ио генеруються по?04ом.

Розв'язок цех питань такая с однією із задач ,лсертації.

На цей час можна вважати встановленим; цо основна енергія поля флуктуацій тиску зосереджена в конвективній області спектра.

Це важливий з погляду акустики факт, оскільки ті т значенням хвильових чисел відповідають неоднорідні хвилі в рідині, .викликані пружними елементам. Випромінювання звуку в таких умовах можливе лише за рахунок різних механізмів трансформації турбулентної енергії в область малих хвильових чисел. В реальних умовах такими трансформаторами мока'ть виступати різного роду неоднорідності в конструкціях - ребра, отвори, підкріплення тощо. Цей момент такоя важливий для характеристики кола задач, що розглядаються в дисертації. Тут неможливо обмежитись простими об'єктами у вигляді нескінченної пластини чи нескінченного циліндра, оскільки при цьому з поля зору зникають ефекти траноформації. Задачі випромінювання мають із самого початку ставитись для скінченних тіл чи тіл з неоднорід-ностями.

Проведений короткий огляд проблематики, пов"язаної з вивченням закономірностей генерування коливань і звуку при взаємодії пруглих елементів з потоком,засвідчує актуальність подальшого розвитку цих робіт у зв"язку з врахуванням нових даних про структуру поля пульсацій тиску на стінці. Дана дисертація значною мірою ~>озв"язус існуючі тут проблеми. При цьому як конструктивний елемент поверхні обтічного об"скту вибирається прямоиутіи пруяна пластина, шарнірно закріплена в нескінченному жорсткому екрані.

-б-7- .

Метою робота е: .

- проведення'порівняльного аналізу різних моделей частотно-хвильового спектра в області малих хвильових чисел;

- розробка нових алгоритмів обрахунку та з"ясування ролі різ-

ішх складових в коливальних і звукових полях, що генеруються потоком; ■ .

- дослідження закономірностей формування коливальних та звуко-

вих полів пруяних елементів конструкцій у вигляді прямокутних плао- . тин, що збуджуються турбулентним потоком. '

Наукова новизна. ■

1. Проведено порівняльний аналіз різних моделей частотно-хви-

льового спектра турбулентних пульсацій тиску з області малих хвильо- • вих чисел. При цьому висновок про правдоподібність моделей робиться не за результатам порівняння з дослідними кривиш, а за результатами дії на пружну структуру навантажень, які описуються цими моделями. ' ' '

2. При розрахунках акустичних полів для опису зовнішніх зусиль

вперше використані всі існуючі на цей час моделі поля пульсацій тиску на стінці. .

3. Встановлено, що внесок конвективних складових поля пульсацій тиску в коливальні та акустичні поля, що генеруються потоком с суттєвим.

4. Запропонований новий алгоритм обрахунку характеристик коливального і звукового поля, що створюються при дії на пружну структуру турбулентного потоку. Цей алгоритм дає змогу врахувати внесок конвективної області частотно-хвильового спектра.

5. Проведена класифікація мод коливань пружної пластини, яка збуджується турбулентним граничним шаром. При цьому для відповідних • їм коефіцієнтів ефективності випромінювання отримано формули, які визначають вплив хвильових розмірів пружних елементів та властивос-

тей потоку в турбулентная граничному парі на характер звукового поля в хвильовій зоні.

Вірогідність отриманих результатів забезпечується вике тетаниям фізично обгрунтованих математичних моделей; застосуванням до розв"язку задач точних аналітичних методів; контрольованою точністю обчислень рівнів випромінюваного звуку; несуперечлпвістю отриманих результатів усталеним фізичним поняттям теорії коливань і звуку до генеруються турбулентними потокам, та порівнянням їх з відомими результатами.

Практична цінність результатів роботи. Результати теоретичних досліджень, викладені в дисертації, можна використовувати

- при обрахунках рівнів шуму, який створюється в навколишньому середовищі пружними тілами при їх обтіканні турбулентними потоками рідини чи газу;

- при виборі механічних чи геометричних характеристик прук-ішх елементів обтічних конструкцій з метою контролювання рівнів полів, що генеруються турбулентністю;

- при оцінках динамічної міцності елементів конструкцій;

- при розробці медичного обладнаній для вивчення шумів дихання та шумів руху крові.

Апробація роботи. Результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на науковому семінарі "Проблеми механіки"

в Київському держуніверситеті ім. Т.Г.Шевченка Д99І і 1993 рр./, 5имиі<г £ьАіео£. єн. (Ніга-ііі&н-г

&-г*££Я; І9ЧІ) , Міжнародній школі з актуальних щЬоблеі. статистичної фізики /Славське, І991/, конференції "Проблемы гидромеханики в освоении океана" /Київ, 1992/, науковому семінарі "»ізична та прикладна акустика" в Інституті гідромеханіки Аії України /Київ, 1993/, на науковому семінарі в Інституті прикладних проблем механіки і математики.АН України ім. Я.С.Підстригана /Львів, 1993/.

Публікації. -Основні результати роботи відображені в публікаціях [1-5] . Крім того, матеріали дисертації увійшли в звіт відділу гідродинамічної акустики.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі воту-пу, трьох глав, висновків та списку літератури. Вона викладена на 145 сторінках машинописного тексту, містить 22 рисунки і 5 таблиць. Список літератури містить 96 найменувань. .

На захист виноситься: '

1. Сукупність модельних задач, які дають модливість для іо- • нуючих моделей поля пульсацій тиску в турбулентному граничному шарі з"яоувати-роль різних його складових при Формуванні звукового поля обтічними пружними елементами.

2. Результати порівняльного аналізу моделей поля пульоацій

тиоку на стінці в турбулентному граничному шарі. • .

3. Результати дослідження модельних оитуацій, які дали змогу з"ясувати віднооний вплив геометричних та фізичних параметрій обтічних пружних елементів на процес випромінювання звуку.'

4. Алгоритм обрахунку, який враховує внесок конвективнлх складових поля пульсацій тиоку в кояивальйі та звукові поля пружних елементів, котрі збуджуються турбулентним ПОТОКОМ.1 "

5. Результати аналізу розв'язку задачі про випромінювання

звуку прямокутною,ллаотиною, які дозволяють більш повно розкрити особливості випромінювання звуку пружними елементами обтічних конструкцій. ' ' ' ' •

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ . .

У вступі зроблено короткий огляд робіт, присвячених дослідженню закономірностей формування коливальних та звукових полів пружних конструкцій, що збуджуються турбулентними потоками, сформульовано мету та задачі дослідженій, обгрунтовано актуальність проблематики, зроблено постановку задачі, коротко викладено основні результати,

отримані в дисертації.

Перша глава яри свячена способам опису. взаємодії потоку з пружними елементами обтічних конструкцій. В її першому параграфі наводяться загальні зауваження, дасться характеристика спрямованості роботи. При цьому, зокрема,, йдеться про фундаментальну гіпотезу, яка приймається .в задачах перевипромінювання. Вона пов"я-зана з тим, що ігнорується зворотний вплив ру”у поверхні обтічного пружного тіла на структуру потоку в турбулентному граничному шарі. Хоча в загальному випадку про справедливіоть цієї гіпотези можна' дискутувати, проте с чимало даних, -в тому числі експериментальних, котрі свідчать про незначний зворотний вплив. Таке припущення фактично дозволяє зводити, загальну проблему перевипромінкь вання енергії турбулентності до розв'язку двох незалежних задач:

І/ Моделювання-і опио випадкового поля сил збудження - пульсацій тиску на жорсткій стінці }4J ;

2/ визначення звукового поля пружного елемента при його виглушених коливаннях. При цьому поле сил збудження вважаетьоя заданим, і його характеристики визначаються із задачі І/.

В другому параграфі дається загальна характеристика турбулентного граничного шару і поля пульсацій тиску в ньому.

Третій параграф присвячений способам опису випадкових полів. Тун послідовно вводяться основні поняття, наводяться математичні операції, що дозволяють переходити від полів випадкових величин до їх детерміністичних характеристик /спектрів/; а також наводяться співвідношення, які зв"язують ці характеристики між ообою. Виклад проводиться на прикладі поля пульсацій тиску. ■ ,

В останньому, четвертому параграфі глави представлені воі існуючі на цей чао моделі поля пульсацій тиску /моделі Коркооа, Чейза, Фокс Вілліамса та Ололякова-Гкаченка/, і коротко вказано на деякі їх недоліки та переваги.

Глава друга в основном? присвячена новим експериментальним методам дослідженйя довгохвильових складових поля турбулентних, пульсацій тиску на стінці. В ній головний акцеїг? зроблений на ідеях Мартіна. та Ліхі про використання просторово розвинених пружних елементів як хвильових фільтрів компонент навантаження.

В першому параграфі глави /§5/ викладена суть іхньої роботи.

В другому /§6/ - проводиться порівняльний аналіз' моделей час-? тотно-хвильового споктра поля пульсацій тиску. При цьому

вионовок про їх придатність для теоретичних досліджень робиться ке за результатами порівняння з дослідними кривими, а за рззуль-татами дії поля навантажень, яке описують ці моделі, на обтічну пружну структуру-мембрану, що використовується в дослідах Мартіна та Ліхі. Як еталонні беруться поміряні ними в центрі мембрани спектральні рівні її прогину на резонансах

При знаходженні теоретичних рівнів І проводяться прямі обрахунки подвійних інтегралів

ііл.мЧа.мЧ^Д'Ч.) «М*.,

-*о Г

в яких виділяються внески різних областей спектра

виявляється, що у вибраному інтервалі частот внесок акустичної області неістотний. Внеоок низькохвильової області спектра різний за різними моделями. Цим зумовлені відмінності у відносному внеску конвективної облаоті, в межах котрої різні моделі не відрізняються між собою. Так, для моделі Смольякова-Ткаченка він має той же порядок, ЩО І внесок ДОВГОХВИЛЬОВИХ складових ПОЛЯ р В рамках спектра Чейза конвективні і низькохвильові рівні в спектрі прогину 5ц, практично однакові. В спектрі Фоко Вілліамса роль • конвективної області мала в порівнянні з областю відносно малих хвильових чисел.

Результати порівняння /Рис.6.1/ говорять про те, що найкраще відповідає експерименту модель Чейза. Непогані результати дають

§ . При цьому

Рио. 6.1 Порівняння поміряних Мартіном та Ліхі і

розрахованих за трьома моделями турбулентності опектральних рівнів <*.]

прогину в центрі мембрани:

І - Фоко Вілліамо; 2 - Смоляков-Ткаченко;

3 - Чейз; 4 - Мартін та Ліхі. .

- И- '

також розрахунки в рамках моделі Смолякова-Ткаченка. Що стосується моделі Фокс Вілліамса, то тут є велике розходження між доолідшшш та теоретичними даними.

Таким-чином, модельні уявлення Чейза та Смольякова-Ткаченкя можна поклаоти в оонову побудови.математичних моделей для опису поля сил збудження, що виникають під чао руху деформівних об'єктів в суцільному середовищі. ■

Третя глава- дисертації приовячена дослідженню звукового поля шарнірно, закріпленої в нескінченному жорсткому екрані прямокутної пружної пластинки, що збуджується пульсаціями тиску в турбулентному граничному шарі та з"яоуванню ролі різних складових поля в перевипромінюваній енергії турбулентності. При

цьому в першому параграфі глави /§7/ наводитьоя ¡загальний розв"я-зок задачі. Спектр/7(ЬУ випромінюваної пластиною потужності має вигляд: ; .

■ ’ мМ. ■ Гни • .

де Іі та ^ ■ - довжина та ширина пластинки відповідно; - густина акустичного середовища, Са - швидкість звуку в ньому,

- коефіцієнт ефективності випромінювання моди (Ы, и] , I У^І1 -

адмітано ■ моди. /а,п /, '

^ и/і) ІАк&іІҐ

- спектр, що визначає дію турбулентності на /я,п/-^ моду пружної 'структури.

Як загальну характеристику наведеного розв'язку відзначимо такі моменти. Вплив турбулентного граничного шару на величину випромінюваної енергії визначається частотно-хвильовим спектром

Крім того, очевидно, що зв"язок між та

випромінюваною потужністю досить складний. При якісному аналізі

-ІЗ- .

розв'язку можна відзначити, що тут явно відображені два фізично важливих фактори. .Як і слід було чекати, повна потужність дорівнює сумі потужностей, що їх випромінюють окремі моди. Однак, ефективність модового випромінювання зумовлена двома обставинами. З одного 'боку, з огляду на форму та фізичний зміст виразів для адмі-

тансів (У'Сч/І1 .можна говорити про вплив резонансних ефектів.

* І іХ

Вочевідь бачимо, що найбільше значений величина ¡Ї^^І .мас тоді,

коли частота зовнішніх зусиль збігається з власною частотою пластини, обчисленою з врахуванням приєднаної маси. .

З іншого боку, ефективність випромінювання моди визначається ступенем змінності переміщень в площині пластини. Бідото, що чим вищий ступінь змінності /чим більше число вузлових ліній/ у відповідної форми коливань, тим гірше вона генерує енергію за' інших рівних умов. Саме ця обставина відображена введенням коефіцієнта

В другому параграфі /§&/ проводиться класифікація нормальних мод коливань пластини на поверхневі, крайові та кутові, і наводяться наближені формули для відповідних коефіцієнтів приєднаної маси та ефективності випромінювання. Класифікація мод зумовлена їх здатніотю формувати дальне звукове поле, а назва - визначається характером розподілу областей, які випромінюють звук. .

З метою вивчення ролі різних складових поля у

випромінюваній енергії, в §§ 9,10 розглядаються дві модельні задачі. Так, в § 9 моделюється один аспект реальної ситуації, пов"язаної з випромінюванням звуку - істотна відмінність у рівні збудження різних мод пружних елементів. Тут вивчаються звукові поля, що створюються трьома типами мод пружної смуги:

\/4 } -*Ч<Ь0 ^

Чх(х) * ЧіЬІ*.<ілл ^«>сЧг<< ^-с »

Ашяітуди та хвильові чиола (У і>¿0 відповідають акустичній, низькохвкльовій та конвективній областям частотно-хвильового спектра ь>) . Відповідні моди ми назвали акустичними, низько-

хвильовими та конвективними. '

Отримані оцінки свідчать про те, що в рамках моделі Коркооа акустичні та низькохвильові моди значно перевищують конвективні моди за здатністю створювати дальнє акустичне поле. Однак, цей очевидний донедавна результат спростовується оцінками, проведеними для трьох інших моделей. При цьому потуяність випромінюваного конвек-тивігими модами звуку значно перевищує потужність' звуку, який генерується іншими типами мод.

З іншого боку, цей результат дозволяс говорити про визначальну роль процесу трансформації енергії короткохвильових складових турбулентних пульоацій тиску на неоднорідностях. Такий висновок добре узгоджується р результатами'Крайтона.

Хоча якісно отримані в § 9 результати досить наочно показують особливості задачі генерації звуку пульсаціями тиску в граничному шарі, кількісні оцінки-ефектів потребують подальшого уточнення. Зрозуміло, що в реальних умовах амплітуди швидкостей V;. різних мод будуть визначатися не лише величиною прикладених сил. Вони суттєво залежатимуть в,ід резонансних ефектів, ефектів радіаційного демп-фування коливань, пружності елемента, його хвильбвих розмірів.

У зв"язку з цим в § 10 розглядається плоска задача про випромінювання звуку смужкою, що збуджується трьома типами складових поля

Р О:

акустичним ^ }

НИЗЬКОХВИЛЬОВИМИ = Р* ,

та конвективними р}№ = ¡і }

■ Проведені обрахунки показують, що на своїх резонансах

акустичні і низькохвильові моди в рамках всіх моделей спектра

-/г-

из) більш ефективно випромінюють звук, ніж конвективні мода. Однак, з віддаленням від власних частот а>: роль конзективних мод зростатиме, і, починаючи з певного значення частоти и>випромінюваний ними звук'домінуватиме. .

Таким чином, результати § 10 уточнюють висновки § 9 в околі власних частот акустичних и низькохвильових мод. В цій області, добре задемпфовані моди створюють шум більшої інтенсивності, ніж конвективні мода, цо контролюються жорсткістю. При цьому НОВІТЬ така велика різниця в рівнях відповідних кошюнент поля яка є в нових моделях, не мата істотно вплинути па оцінки..

В останньому параграфі глави /§ її/ наводяться і аналізуються результати обрахунку звукових полів, які створюються пружною пластиною в легкому /повітря/ та важкому /вода/ акустичному середовищі, а також наводиться новий алгоритм обрахунку подвійних інтегралів: ^

§ [кі.,<£А,и>)с|ІЄсс|Іе,

- °о І

який дозволяє враховувати внесок конвсктивних складових поля пульсацій тиску в перевипромінювану енергію. Він грунтується на спеціальній формі апрокоимації Фур"є-образів власних форм коливань пластини

. При цьому обгрунтовується той факт, що для практично важливих частотних інтервалів енергонасичених складових .в спектрі потужності -Ри конвективні компоненти турбулентних флуктуацій можуть робити внесок у випромінюваний пластиною звук лише через акустичні та низькохвильові моди.

На рисунках II.2 та II.З зображені частотні залежності випромінюваної потужності(¡0

розраховані за чотирма моделями з використанням описаного алгоритму. Геометричні розміри пластини Єі/Ь =1,5. Частоти нормовані до її першої власної частоти ‘¿ц . Випромінювання відбуваєть-

ся в легке /повітря, Рис. II.2/ і вагтке /вода, Рис. II.З / акустпч-

не середовище. В легкому середовищі нехтувався вплив приєднаної маси на резонансні ефекти, а такая вважалось, що в повному деілпфу-ванні пластина, яке складається із структурного - ¡ґ & і радіаційного • Домінує структурне. Тому, щоб запобігти необмежено великим рівням акустичної потужнобті на резонансі, я покладав

і0 • У воді потік звукової енергії в околі резонансів контролюється радіаційним демпфуванням. '

Бачимо, що у вибраній області частот відмінності між рівнями ' випромінюваної-потужності за різними моделями виявляються практично сталими, хоча самі рівні випромінювання сильно залежать від частоти. При цьому відзначимо, що всі зображені на малюнках резонанси ідентифікуються з власними частотами пластини. Якщо звернутися до конкретних вир&зів для , то можна помітити, що вказані

відмінності збігаються з локальними відмінностями в кривих ^ для поздовшііх хвильових чисел у випадку моделей Корісоса і

Фокс Вілліамса. Що стосується моделей Чейза та Смолякова-Ткаченка, то вказана відповідність не спостерігається. Випромінювана за ними потужність вища за ту, що її можна передбачити на основі прямого використання даних про поведінку у вказаній області хвильових чисед. Аналіз розрахункових співвідношень свідчить, що в цьому випадку істотним, є внеоок конвективної області хвильових чисел. Як показують обрахунки, в рамках моделі Чейза в даному частотному інтервалі .конвективні складові дуже суттєві* їх неврахування при обчисленні повної випромінюваної енергії призводить до дворазового заниження її величини. В рамках моделі Смолякова-Ткаченка внеоок конвективної області спектра не перевищує 10-155? внеску області відносно малих хвильових чисел.

Рио. II.2 Спектр потужності випромінюваного пластиною звуку /повітря/.

Розрахунок за чотирма моделями: .

І - Коркос; 2 - Фоко Вілліамо; 3 - Смоляков-Ткачепко;

4 - Чейз • '

10-

-50-

-90

І0(^ Ц(и))/Па (ь>)

Т—I—I—I—I—I—I—I—I—|—1—Г—I—I—I—I—I—I—I—|

173 178 183

и/и>ц

Рис. II.3 Спектр потуяності випромінюваного пластийов звуку /вода/. 'Розрахунок за чотирма моделями:

I - Коркос; 2 - Зокс Вілліамо; 3 - Сггаляков-Ткачекко;

' 4 - ЧеГгз. ■

-п-

ВИСНОВКИ ■ ■

Основні результата дисертації такі. ■

1. При-вивченні закономірностей формування акустичних поліг, що створюються пружними пластинами, при їх збудженні турбулентним потоком, для опису силових дій вперше використані всі' відомі на цей момент моделі поля пульсацій тиску на стіні. Проведений їх порівняльний аналіз в області відносно малих хвильових чисел, де розходження

в рівнях компонент досить великі. Встановлено, що найкраще узгоджуються з дослідами Мартіна та Ліхі моделі Чейза та Смолякова-Ткачен-ка. ' ■

2. Встановлено, що внесок конвективних складових поля пульсацій

тиску в коливальні та звукові поля обтічних пружних конструкцій є ■ суттєвим. Пов"язані з врахуванням цих компонент ефекти трансформації енергії від короткохвильових до довгохвильових складових поля пульсацій тиску зуМрвлюють значне підвищення інтенсивності випромінюваної енергії. .

3. Для кількісного визначення внеску конвективних складових поля

пульсацій тиску розроблений ефективний алгоритм розрахунку, який реалізується в дисертації при розрахунку звукового поля, що генерується’ пластинкою. Алгоритм грунтується на спеціальній апроксимації Фур"є-образів йласних форм коливань пластинки. ■ '

4. В дисертації виявлені ті області значень параметрів потоків і пружних елементів, для яких відмінності в моделях не істотні з погляду випромінювання звуку. При цьому енергія звукового поля в основному визначається внеском конвективних складових в спектрі флуктуацій тиску, що свідчить про визначальну роль процесу трансформації енергії короткохвильових складових на неоднорідностях поверхні. Водночас вказані ті області значень параметрів, для яких більш суттєвими є довгохвильові компоненти.

5. Отримано загальний розв"язок задачі про випромінювання звуку прямокутною шарнірно закріпленою пластиною, що збуджується пульсація-

ш ти оку в турбулентному граничному, шарі та проведено його аналіз.

Для різних моделей турбулентності проведено обрахунки.енергії, котра випромінюється як в легке /повітря/, гак і у вадке /вода/ акустичне середовище. Встановлено, що у вибраному частотному інтервалі врахування внеску конвективних складових у повне звукове поле в рамках моделі Чейза призводить практично до збільшення удвічі випромінюваної поі„ж-ності. Причому цей внеоок роблять не моди, котрі просторово узгоджуються з конвектившши компонентами /в нашій термінології - кон-вективні моди/, а низькохвильові моди, які збуджуються ними.

Внесок же конвективної облаоті- чаототно-хвильового спектра в рамках моделей Коркооа та Фоко Вілліамса нвоуттсвий, а в рамках моделі Смолякова-Ткаченка не перевищус 10-15$? внеоку області відносно малих хвильових чисел.

Ооновні результати диоертації викладені в таких роботах.

1. Грінченко В.Т., Бориоюк А.О. Про перевипромінпвання енергії турбулентного граничного шару пружною пластиною // Доп. АН Укр.'-

I992-10,-С.54-58.

2. Борисш A.A. Об излучении звука упругой пластиной, возбуждаемой турбулентным потоком, В материалах конференции "Проблемы гидромеханики в оовоенли океана". Киев. 1992, С.І5І-І52.

3. Гринченко В.Т., Борисюк A.A. Сравнительный анализ моделей поля пульсаций давления в турбулентном пограничном слое // Гидромеханика. - 1993.-66. - С.24-28.

А.Сорисюк fl.П. Об излучопии звука упругой прямоугольной пластиной, поп буядаемой турбулентным пограничным слоем/ Ин—т гидромеханики АН Украинн. Киев,1993.-14с.:ил.-Библиигр.:7 назв.-Рус.-Деп. в ГНТБ Украины 22.04.9?.

У В34—УкЭЗ.

5.Борисюк А.О. Про роль ріьних складових поля пульсацій гиску в пореви

промінюваній енергії турбулентності пруи.ими тілами в потоці/ Іи—т гідри

механіки АН України, ииїь, І 9U3.--1 Ос.: і л.- Вібліогй*-сП иазп .-Уіф. Деп. з ДНІВ України 22.04. '33,№835—Угс93. іг

Подписано к печати гг., омляззп. Формат 60x84/16 Бумага офоетная Уол.-печ. лист,1,0. Уч.-ивд.яяст \,о. Тира* юо, Заказ «/79. Неоплатно

Полиграф. уч-к Йнотитута электродвнашкв АН Украины, 252057, Киев-57, проспект Победи, 56.