Спектр акустического излучения турбулентного граничного слоя тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

ІНСТИТУТ ГІДРОМЕХАНІКИ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

од

'] На правах рукопис у

Маяцьккй Ілля Віталійович

СПЕКТР АКУСТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ТУРБУЛЕНТНОГО ГРАНИЧНОГО ШАРУ

01.С2.05 - механіка рідкня, гаау та плазми

Автореферат дисертації на здобу?тя наукового ступеня кандидата фі зико-математичних наук

Київ - 1994

Робота виконана в Інституті гідромеханіки АН України. Науковці керівник - доктор фіаико-математичних наук Б.Т.ГРІНЧЕНКО

Офіційні опоненти - доктор фізико-математичних наук Й.П.ЛАДІКОВ-РОЄВ

- доктор фізико-математичних наук . Г.А.ВОРОПАЄВ

Провідна установа - Київський державний університет

Захист відбудеться " /в " їір&іії ... 1994 р. о годин і

на засіданні спеціалізованої ради Д 0l.0i.01 в Інституті гід-ромзханіки АН України за адресою: 252057, Киів, вул. Желябова, 8/4.

З дисертаціє» можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідромеханіки АН України.

Автореферат розісланий ” п 1?"' р.

Вчений секретар спеціалізованої ради

доктор технічних наук

Актуальність дослідження. Шуми граничного турбулентного сару до цього часу захищаються, напевне, наймєна дослідженою областю гідродинамічної акустики. Існуючі дослідження спектру акустичного випромінювання турбулентного граничного гару це не дозволили сформулювати модель яв:пд випромінювання звуку, що в достатні.! мірі відбиває ефекти, які спостерігаються в експериментах. Інтерес до явісца генерації звуку турбулентним граничнім сарсм стимулюється двома причинами. З одного боку, вивчення процесів генерації шуму турбулентними потоками с суттєвою складовою частиною загального наукового напрямку, со пов'язаний з вивченням турбулентності. Уомивість вивчати ВЛаСТКБОСТІ звуку, що породжується турбулентними пульсаціями у потоці, на деякій відстані від зони сзмих пульсацій утворює певні передумови для контролю характеристик турбулентної течії без внесення додаткових збурень. З інаого боку, турбулентні граничні шари, маячи сироке розповсюдження в природі і техніці, утворюють джерело пуму, котре у багатьох випадках може бути дуже суттєвим, або навіть визначальним при визначенні споживчих якостей конструкцій. Завдяки цьому, Інтерес до дослідження цих пумїв поглиблюється, особливо якщо врахувати постійне вростання ееидкості руху фізичних об'єктів з різних середовитдх, швидкості руху самих середовкц з різних галузях техніки, ¡до зв’язані з реалізацією нових технологічних процесів. •

Метою роботи є розвиток нового підходу дочвирішення задачі про спектр акустичного випромінювання турбулентного граничного пару, що груцту ться на Ідеї встановлення зв’язку міх звуком та псевдозвуком, або, більа конкретно, міх спектром акустичного випромінювання та "реактивною" частиною частотно-хвильового спектру тиску на стінці; визначення спектру акустичного випромінювання; підтвердження розробленої теорії, грунтуючись на аналізі існуючих експериментальних даних та теоретичних побудов інших авторів.

Наукова новизна. ' ‘

1. Новими е самі принципи, закладені у рішення задачі, так як до цього часу для визначення акустичного випромінювання турбулентного граничного пару не використовувалась інформація, що міститься в "реактивній" частині частотно-хвильового спектру тиску та стінці. . ■ ,

2. Еовою є конкретна реалізація запропонованої ідеї, яку доведено до розрахункових співвідношень. В процесі реалізації підходу було виріпено ряд часткових задач, включаючи розробку моделі квадрупольного механізма пумоутзорення, ео грунтується на виділенні екзівалентнеро джерела, який має якості випромінювача нульового порядку; виділення тієї частини частотно-хвильового спектру, яка породжується випромінюючими джерелами 1 знаходження зв'язку між вказаною частиною частотно-хвильового спектру і спектром акустичного випромінювання; розробку дипольної моделі пумоутворення; визначення частини частотно-хвильового спектру тиску на стінці, що відображає явища в’язкого зсуву, які є причиною виникнення дипольних джерел, та установлення зв'язку між вказаною частішою частотно-хвильового спектру і спектром акустичного випромінювання.

3. Дана кількісна оцінка вкладу різних механізмів пароутворення в натурному експерименті Скучика-Хедла, для чого Сула розроблена методика оцінки рівней крайового иуму на основі результатів відомих робіт.

4. Теоретично встановлено той факт, який узгоджується з експериментальними роботами, до дипольний механізм пумоутворення по віднопенню до квадрупольного е домінуючим., отже рівень пуму турбулентного граничного вару значно виде того, який прогнозувався раніше на основі уявлення про чисто квадрупольний характер випромінювання.

Практична цінність результатів роботи. Отримані в дисертації результати, підтверджуючи правомірність нового методологічного підходу, можуть бути використані для кількісного прогнозування випромінювання турбулентних граничних варів в різних галузях техніки. І ' '

Апробація результатів. Результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на Конференції молодих вчених (м.Кійлов, 1893 р.). науковому семінарі Проблеми механіки" в Київському держуніверситеті їм. Т.Г.Шевченка { 1994 р.), науковому семінарі з гідромеханіки в Інституті гідромеханіки АН України ( Київ. 1994 р.). '

Публікації. Основний вміст дисертації викладено в п’яти роботах. що опубліковані в наукових журналах та збірках.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох глав, висновків та списку літератури. Вона вик-

ладена на 144 сторінках машинописного тексту, містить 33 рисунки. Список літератури містить 94 найменування.

' ' ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перга глава є вступною частиною до дисертаційної роботи. В ній визначена тема„ цо розробляється, та II актуальність (§ 1.1?, зроблено короткий огляд робіт (§1.2), дано постановку задачі 1 в цілої(у сформульовано метод II вирівення Ц 1.3), описано структуру дисертаційної робота. .

З першому параграфі . дасться обгрунтування доцільності досліджень акустичних шумів турбулентного граничного шару, актуальність цього питання як в чисто науковому, тач. 1 в практичному відношенні. ,

. - 3 другому параграфі, відзначаючії фундаментальне значення робіт’ Я&.Лайтхіла та Кого акустичної аналоги для розвитку аерогідродинамічної акустики як нової галузі науки, дається огляд попередніх робіт, що утовориди фундамент для виникнення аерогідродинамічної акустики як самостійної наукової дисципліни, а також робіт, "по являють собой сучасну аерогідродинамічну акустику, при. цьому особлива увага приділяється роботам, в яких досліджуються питана*, ео мають пряме відношення до теми дисертації. .

. З третьому параграфі вказується на ряд труднощів г.ри побу-дш . адекватної моделі пумоутворення в турбулентному граничному шарі та визначенні спектру його акустичного.випромінювання. В результаті -аналізу ситуації запропоновано новий підхід до вирішення цієї задачі, в основі якого лежить спроба встановити зв'язок між псездозвуком та звуком, або,'. Іншида словами, між частотло-хвиль-овим спектром тиску на стінці ' з області хвильових чисел кж, (коз/о) 1 спектром акустичного випромінювання. Така постановка задачі або такий підхід до аналізу процесів пумоутворення стали можливими лише в останній час у зв'язку із новими уявленнями, ио сформувалися у гідромеханіці в області диференціації механізмів виникнення тиску на стінці.

Друга глава присвячена більш детальному аналізу результатів тих теоретичних та експериментальних досліджень, які використані в дисертаційній роботі для розробки моделі пумоутворення в турбулентному граничному шарі. .

- б -

В Ь 2.1 розглядаються теоретичні передумови до створення моделі вумоу ворення 1 на основі аналізу роботи Дх.Лайтхіла та його послідовників виділяється співвідношення:

4Тр(Х,0 \ Cç] ^ Jatu éÊp, (1)

де X - радіус-вектор точки спостереження;? -радіус-вектор точки в турбулентній області; об’єм.зайнятий турбулентністю;його

дзеркальне відображення відносно жорсткої плоскої поверхні ; £ -поверхня, що омивається турбулентним потоком; 'ї'іп. - в'язкі напруження; 'Ц ^p(u-,uj - ünij'i ; : f = U-f І .

Де співвідношення, cto відображає зв’язок між акустичним тиском та напруженнями Рейнольдса 1 в’язкими напруженнями, отримано Пауелоц для випадку присутності у потоці нескінченної, плоскої жорсткої поверхні. Грунтуючись на цьому співвідношенні 1 використовуючи дані про 1 TSrL в дисертації розроблена квад-рупольно-дилольна модель ціноутворення в турбулентному граничному сарі.

Для апробації пляху прямого використання аналогії Лайтхіла та з'ясування виникаючих при цьому труднощів, дано розв’язок задачі про випромінювання звуку періодично пульсуючим граничним шаром £13. ' • .

В § 2.2 проведено аналіз відомих на сьогоднішній день моделей частотно-хвильового спектру пульсацій тиску на стінці (Кор-коса, Смольякова-Ткаченко, Соукс Вільямса. Д.Чейса. ДЖ.УїттІнга). Бри цьому показано, що тільки модель ДЛейса, яка дозволяє диференціювати різні механізми, то приводять до виникнення пульсацій тиску на стінці, може бути використана для виріпення сформульованої в даній роботі задачі. Корисною при цьому е також і робота Дж.Уїттінга.

В §2.3 дано детальний аналіз експериментальних робіт,результати яких використовувались як для розробки самої моделі пумоут-ворекня, так і для оцінки достовірності в практичному відношенні розробленої в дисертаційній роботі моделі пумоутворення в турбулентному граничному парі. Наведені основні результати експерименту Е.Скучика та Дж.Хедла. Також проаналізовано дані, отримані в експериментах, присвячених модельним дослідженням окремих механізмів ¡пумоутворення. Додатково розглянуто експериментальні результати, ио відносяться до вимірів дотичних сил та повздовжніх

мірил кореляції на обтічній поверхаї. які використовуються при побудові дипольної моделі шумоутворення. Для зручності в дисертаційній роботі квадрупольній та дипольний механізми шумоутворення досліджуються окремо. •

Третя глава присвячена розробці ?а застосуванню квадруполь-кої моделі шумоутворення в турбулентному граничному парі. Основні труднощі, що вдалося подолати в даній главі, полягали в представленні квадруйольних ("випромінюючих”) дкерел у вигляді, зручному для встановлення зв'язку між параметрами джерел і тиском на стінці .При цьому основний інтерес викликає встановлення зв’язку між параметрами джерел і тією частиною частотно-хвильового спектру тиску на стінці.' виникнення якої обумовлено присутністю ЦИХ джерел (С£У,’х(іГ,м} ). та, остаточно, у виділенні із повного частотно-хвильового спектру ) тієї частини, яка

зв’язана з роботою "випромінюючих” джерел.•

З | 3.1 аналізується специфіка квадрупольної моделі для відображення процесу пумоутворення турбулентним граничним шаром. Із формули (1) випливає, що в граничному турбулентному шарі виникають дев'ять типів квадрупольяих джерел. Як стало зрозуміло в результаті аналізу специфіки роботи цих джерел в умовах малої (по відношенню до довжини хвилі) відстані останніх від жорсткої границі. тільки три з них. а точяіие продольні квадруполі. ио характеризуються тензорами X ,Тг , майко повністю визначають акустичне випромінювання. Джерела, що залишилися, хоч умовно і можна ввагат;: “невипромінюючишт, однак, маючи сильне реактивне поле, вони приймають участь в утворенні тиску на стінці.

Далі показано, що в першому наближенні можна покласти Л-т«-т„-т. . в результаті чого стримано простий вираз

який використало як вихідний для побудови вищезгаданої моделі, і Вираз (2) інтерпретується як рішення для випадку, коли область Увміщує тільки джерела нульового порядку з густино» розподілу об’ємної швидкості ОСХО »Т,*(УдУс.г . Далі їх будемо називати еквівалентними джерелами.

На остові еквівалентного джерела зкоиструйовано групове еквівалентне джерело (рис.1). у якому!» горизонтальних шарах граничного шару об'ємні швидкості еквівалентних джерел будемо ввата-

сЗУ(?)

(2)

Ґ

'S?

ад чк.Е.і>і.егр с%атк»о чі * 1 M4ÍipjaB»¡3jj<i âôopими«зо!«.I

Ц,і <пчсд í¡. CrWcTfoW^jpQfiW^

'4^t

f 1. is Sf .«<8^гктиГ^

2»*Tf> - Jb»»*- »c&i*»w<iHúmiüi-g

* ' 'і 4 ИІ^<4?САд, I

1 Ф <t rp *П...<р ійО стпозчзллі і '“>1*»;'ї)>Л<.г‘о^Йс?,>цГ g

■ ftKiC»< Si «ПвЛГ^ОМ I

рнс.і.Л^Ьа^рАіігольно -"(Ыпольна г^о^ель jujwovjraêope««^ Ь mvj^0^\енmKOtuj rjaH'WHHONj лзуї.

ти рівними, в вертикальному т. напрямку" об’ємні швидкості змінюються по закону, який встановлено на основі аналізу просторового розподілу середнього квадрату пульсаційної шзидкості и* в граничному шарі. Остаточно закон розподілу, середнього квадрату питомої потужності джерел в нормальному напрямку записано у вигляді:

(З'

де 5 - товщина граничного шару.

В £3.2,беручи за основу зконструйовану модель, можливо встановити зв'язок між напруго» еквівалентних . джерел 1 частот-но-хвильозим спектром пульсацій тиску на стінці, що породжуються еквівалентним групов :м джерелом. Використовуюча вираз (2) і виконавші над ним ряд перетворень, які включають і Фур'е-перетво-рення. а також враховуючи,по гас цікавить реактивна частіша частотно-хвильового спектру, остаточно отрю-уемо співвідношення.

яке !!ае вигляд ' '

Г - С

ри (4)

***• * • 'і . .

де ІГ» С.Кі,*Л - хвильовий вектор у плозині поверхні;

.що 'встановляє зв'язеч* між часготпо-хвильоЕимі Фур'е-компонентама напруги еквівалентного .серела Су,,к,о^ .розподіленого

по ■товщині граничного пару, і частоіно-хвильовіая тлонентачи т.іску на стінці. .Подальшії'перетворення, які дозволили отримати шуканий зв'язок у простому вигляді, грунтувалися на тому, що тільки незначний по тогщині шар.що легить безпосередньо біля стінки, вносить основній вклад в утворення пульсацій тиску на стінці. Це пояснюється присутністю у виразі (4) експоненціального множника і характером розподілі'- напруги джерел у вертикальному напрямку (вираз (3)). Показано, що джерела з максимальною напругою лежать в області

Ю і з*^о ,

де у -у .1^- динамічна швидкість; ■О - кінематична в’язкість. В результаті пуканий взаємозв’язок отримано у вигляді:

де 1=г«/5о-9 : с к.о4) - частотно-хвильо.ий спектр тиску,ео

породжується еквівалентними джерелами.

В Ь 3.3 визначена спектр акустичного випромінювання квадру-польних джерел через реактивну частину частотно-хвильового спектру тиску. Для цього спо'гатку для визначення тієї частини частотно-хвильового спектру, яка виниказ під діє» "єґ-ВІвалентних" джерел, із повного спектру виділена частина, визначена з роботи Чейса, яка породжується конвективним рухом вихорових структур.Після цього виділяється та частина частотно-хвильового спектру, цо породжується діє» нетпрошнжчуіу. квадрупольних джерел. Для визначення цієї частини частотно-хвильового спектру були виконані перетворення, аналогічні перетворенням, використаним в §3.2. Шукану частину спектру визначено у вигляді:_ •

*\Xі Ц=г < (6)

; "lk'-кі

де І «І ж.. •

Порівнюючи вирази (4) і (6) в області конвективного макси-vywy, отримуємо співвіднопення

риС?,и^-> К.*Тск,<Л , р* " ІСе ТCCu") t

де кс ^ и/ц^ - конвектизне хвильове чзісло.

. Із співвідношення (7) випливає, що

r^VpV-^ а lf*1/lct‘ • К. , (8)

і зв’язок між частотно-хвильовими компонентами, со породжуються реактивним полем еквівалентних джерел та реактивним поле« не-Еипромі.тагах квадрупольних джерел, представлено як

Cg" сГ,о>. (9)

В результаті отримано, ес •

- С10)

де 1Сткг ; ; Ст. К*. Q*. -

визначаться параметрами моделі Чейса; " спектр, шо по-

(7)

- 11 -

роздується акустичнім процесом (дав. рис.2).

Використовуючи просте співвідноаеняя міх’ потужністю ЕИП-рсмінювання і об'є дао’о свидкістга сферичних джерел, звертаючи увагу нз співвідношення (3), (10). 1 інтегруючи потужність

випромінювання та "стовпчику" з основою одинично! ПЛОЩИНИ 1 ВИСОТОЮ, рівною товщині граничного шару 5 , остаточно отримуємо вираз

для спектру акустичного випромінювання квадрупольшх джерел турбулентного граничного пару у вигляді: •

' . • -V ^

\ї\и)= (її)

. . ,

де В = М4 р С Ст 5 (5Є7С.У\

В $ 3.4 дається кількісна оцінка спектру акустичного випромінювання квадрупольних джерел (рис.З), а також для порівняння приведено кількісні оцінки спектрів для тих же умов обтікання, використовуючи при цьому моделі А.В.Смолякова 1 В.Блейка. Приймаючи до уваги особливість сучасного рівня теоретичної розробки даного їттання, та не дозволяє зробити точні кількісні оцінки,- е підстава приведені дані вважати достатню узгодженими і розроблений в дисертації кетод вирісення задачі - правомірним.

Четверта глава присвячена дипольній моделі шумоутворення з турбулентному граничному пері 1 визначенню спектра акустичного випромінювання дипольних джерел. Виходячи з того, со кгадрупольне випромінювання (якщо робити висновок із усього масиву доступних на сьогоднішній день даних), дуже мале для того, соб пояснити екслертаенгальні далі по рівням аумів турбулентного граничного пару, треба було з’ясувати, чи можливо відвести домінуючу роль в випромінюванні дипольному механізму щумоутворення і яка відносна (порівнюючи з квадрупольним випроміавваняям) величина цього випромінювання. Відповідно з запропонованою загальною методологією задача вирівувалась в наступній послідовності: розроблено модель дипольного джерела, визначено частотно-хвильовий спектр тиску, що відображає дипольний процес сумоутвореяня, встановлено зв'язок міг параметрами дипольних джерел і частотно-хвильовим спектром тиску і знайдено спектр акустичного випромінювання.

В І 4.1 дається детальний аналіз сучасного стану питання, в результат! якого псісазаяо, со є підстави рахувати дипольний механізм домінуючим, хоча прямі докази цього твердження відсутні, бо до сьогоднішнього дня спектр дипольного випромінювання се не

Ф,

Ц(.Ч°,Ч)

kigoSpiV^í, є liQoSpa^ac-

'fj КочЬекЛиънрсо pijoy сую KCvivipovu-

Ц ■їзлкроічх 4, «ямч-uv .0 j®

^ старцкТцр -Ö » ісІЬа'брМпомЬ ¿

erV

структур

s£ *

wHSIat

u4r*

р-кс.2. 1-sacmowHo-*.{>-UM>obuù c.n.tKmp*Д.-ЧйС«и<.к& Catiïmpij^i ijj,o 6ípnoí>¿^&6 çjiü Gileva іхіехакЇзсі(іЬ;Е>-мастинг сліїстууt«jo■ blg-noKgafe Çja eicbibô^-i-iwW^DjceptA. •

2'10 I

(là

І0

-Aq

г|Ча

С. ■k

В у '

Р o — ñ~

і- 2.~-t0*^* И*'1

Г 1

t S -5

s

и у'аза я ss-æ ¿--¿2ХЭ aar.^a- SSS3CC

1.75

2&ТЩ)

pucA Спгктрн 'Зотччк'иа с.нл. i(i - bianobiwo роьрйі-’«.го!>А ms ессплритен-KlSftbrtà 35ЛЄт:и>спіьТл]гY>iû% -3« U>%* j

\ « J^.ioNn.

2.25 2.75 l$(í)

fuc.i. Caeümрн ак«сш«чмопэ ' ‘Ьич(од»ню&?кч£;

'Lt.i-ЬгапобСйио paspa-tofcam ne мявдад ~роіро$л«м\* Ь QMCijO« тЗції і*о&№и«< m3 ПчОуол?-

cbа Opjm}АЬ*0 ГО iuh^QO,

*1 Ç_ buinobiQKo ггі<іог»«іпччкі mcu

* ІК.СП«р«МЄ*^Л^нІ iSNfc-fcUOtTi

^unJA^Moro ^rjpow‘HK3 va><«4 ,

була Найдено.

В § 4.2 приведено матеріали, що відносяться до розробки дипольної моделі шудаутаорення. Будемо вважати, до д:іпольпі джерела рівномірно розподіляються на жорсткій границі (рис.1) 1, будучи ксрельованими, мають площину кореляції .

Беручи за основу співвідношення

де С^.о.у,'),

виділено елемектарне ДИПОЛЬНО ДЖОреЛО, рівне ПО ПЛОЩИНІ -ркср . Після ряду перетворень отримано вираз для спек-.'ру питомої потужності дипольного джерела у вигляді

(13)

де М - спектр потужності дотичних напружень.

■ Виходячи з того, що на сьогод/.і це не створена модель, яка б описувала поведінку пульсація в’язких напружень на стінці, для того, щоб отримати цей вираз, було використано існуючі експери-менталып дані. Прийнявші ряд припущень про- мехшізм утворення пульсацій дотичних напружень у ь'лзкому парі» остаточно отримано вираз

С“} “«11 [і* 1 * (14)

де "Уе, - конвективна швидкість; О ' £тг ; Ог -&/{* ; .

який непогано погоджується з експериментальними даними.

Спетр потужності дотичних сил визначено з § 4.3. Відзначило,

оо це вайбільа складна частина даної задачі, бо до цього часу ще не розроблена теоретична модель, яка t описувала пульсації в'язких зсувних напружень на стінці. Грунтуючись на останніх роботах Чейса, в яких висунуто ідею про спільні причин* виникнення пульсація в'язких зсувних напружень на стінці і пульсацій тиску, встановлено, що в області малих хвильових чисел

\ті * і£і, «ч« <.<»<«4, . (15)

де (з - компоненти частотно-хвильового спектру тиску, що породжуються в'язкими механізмами;

- 14 -

і в цій області молна ввагати, що

^ С*.«Л » ccnsi , при к,<кг< Ке ,

цо узгоджується з експериментальними дашки. '

Скориставшись моделлю Уіттінга і зробивши припущення про те. цо характер поведінки спектру засісасгься незмінним також і в області великих хвильових чисел, отримано шуканий вираз для спектру дотичних напружень у вигляді '

Всл = 1і Я^г

к><* 4 *

ЛЄ фг(^ «І < pl> С А С'Ц.'4 fS©Ci^.., UJ) ■>np^ tt.<K««t;

№ L tiRSt,№M К*Иь

А ■ & • І ’Shm .]H.v " параметри,що відповідають моделі Уіттінга.

Грунтуючись на співвідношеннях (13),(14) та (17) розрахункове співвідношення для спектру питомої потужності дипольного випромінювання остаточно знайдено у вигляді; .

VAu^ = \ (%$ 1"іЯг^С^] ^ . (18)

Враховуючи, ідо розроблена теорія містить ряд припущень, які на сьогодні не мокуть бути достатньо аргументованими, в роботі велику увагу приділено порівнянню результатів розрахунків, зроблених на основі отриманих співвідноиень, з експериментальними даними. Ка р с.4 приведені розрахункові га експериментальні дані по спектрам потужності питомої дотичної сили, на рис.З приведені аналогічні дані для приведеного тиску

. £0^= V ;

де V (<S) - питома потужність акустичного випромінювання. Задовільний збіг теоретичних та експериментальних даних дає моя-ливість зробити висновок про правомірність розробленого підходу до вирішення поставленої задачі. На рис. 2. заштрихованою областю схематично показано спектр тиску, що породжується в'язкими зсувними напруженнями. •

В підсумковій п’ятій, главі формулюється 1 в кількісному відношенні на основі отриманих в дисертації ма-

теріалів вирішується питання про відносну роль шуму турбулентного граничного шару порівнюючи а кумами. ос породжуються іншими ме-

- 15 -.

ханізмами гідродинамічного походження не в лабораторних', а в реальних умовах. Як об’єкт для розгляду вибрано відомий натурний експеримент, виконаний Е.Скучиком 1 Яд.Хедлом із спливаючими буй-ковими апаратами, який викликав численні .дискусії, зв’язані з розбіжностями у поглядах на відносне значення шуму турбулентного граничного пару у даному експерименті. Виключаючи з розгляду нестаціонарні ефекти, дія яких оцінена авторами експерименту зростанням рівня випромінювання ка 10-30 дб, у ага в роботі зосереджена на двох джерелах иумоутворення: турбулентному граничному сарі та "крайових ефектах", які по сукупності думок різних авторів мають бути визначальними в даному експерименті.

З 5 5.2 дана характеристика ситуації, що склалася в області дослідження крайових пумів 1 виділені дві моделі (модель Чандірзмані 1 модель Чейса), які дозволили отримати розрахункові співвідношення для спектрів акустичного випромінювання, які можуть бути використані для здійснення необхідного порівняльного аналізу. На основі моделі Чандірамані отримано вираз для спектру питомої потужності акустичного випромінювання у вигляді

У'р с«л - і.«• іо'’ 51С (оО'г. (19)

Скориставпись моделлю Чейса, отримано аналогічне співвідно-иення у вигляді

ЦІ (о') = 1 ♦ ^Ь-іоГ/д. У ]‘Ь (20)

■ М1 е

де а+~і і-1» о.9 .Ьі^о.г .

На рис.5 наведені як експериментальні дані по шумах обтікання, отримані Скучиком 1 Хедлом в експерименті з двома вільно, спливаючими об'єктами (металічним та дерев’яним буйковими апаратами), так ' і розрахункові дані по спектрам випромінювання, оо породжуються різними механізмами иумоутворення: квадрупольним та дипольний механізмами в турбулентному граничному карі та механізмом щумоутвсрення на кромках, який оцінено виходячи з двох модельних уявлень (Чандірамані 1 Чейса). Розрахункові та експериментальні дані на рис.5 показані у вигляді спектрів приведеного тиску. Приймаючи до уваги оцінку Скучиком впливу нестаціонарних явищ в експерименті, які не охоплюються розвиненою теорією 1 лизе частково розглянуті в главі 2, рівень стаціонарної часткни вип-

литом ша там мшншіь го мотаоршй. ь іташщіті. lcothxa -

QHt.5.CntXjnpK RpuGe^C-HOPO тхчкч . •

1^2. - ogipsjuHi Ъ ётсогернмелтл. Скччикй-'ї^ла ßi‘q-поЬічна gívp'üejX&’JiHoro tna метал» &no ôndparmt; і-Ц -^ср4\іо6>*"ш^міЬ,&мтіоЬ^но £0зр»*о6ані.х no wogen^w Senti та ЧанТірамзні Дипольні**

rpäHVMwoto iU3pij;b-t&^p^nc.nbM'hx'îbfa])^ гракичко -fö ttip¿ . .

- 17 - _

ромінювання наближено має легати в заштрихованій' області на рис.5 .

Розглядаючи У сукупності теоретичні оцінки всіх врахованих механізмів випромінювання можемо сказати, що вони лежать достатньо близько до зони експериментальних даних, по дає підставу погодитися з думсою ряду авторів про те, що з експерименті Скучика-Хедла домінували два основних джерела шумоутворення. Але треба зробити наголос на то>лу, до в дисертації наочно продемонстрований паритет цих двох джерел: шумів турбулентного граничного сару 1 крайозих пумів. Відомо, що деякі автори притримувалися думки, шо роль випромінювання турбулентного.граничного пару з експерименті Скучика-Хедла дуже мала. Як бачимо, ця думка е помилковою, так як Бона певно формувалася під впливом уявлення про чисто квадруполький характер випромінювання турбулентним граничним варом. З той же-час, як випливає із матеріалів дисертації, випромінювання турбулентного граничного пару в основному носить дипольний характер, яке е достатньо сильним і для умов експерименту Скучика-Хедла мав один порядок з крайовими пумами. Всі розрахунки в главі 5 проводилися для умов обтікання, що відповідають експерименту скучика-Хедла.

ЕІСНОВКИ

1. Показана принципова можливість встановлення зв’язку між псевдозвукои і акустичним випромінюванням у вигляді зв'язку між частотно-хвильовим спектром тиску на стінці для кж та спектром акустичного випромінювання стосовно до турбулентного граничного кару.

2. розроблена методологія виріиення задачі визначення спект-

ру акустичного випромінювання турбулентного граничного шару. Вона включав такі етапи як розробка моделі акустичного еквівалента турбулентного граничного пару, виділення з частотно-хвильовому спектрі тих його частин, які обумовлені дією конкретних типів джерел (квадрупольних чи дипольних), встановлення зв’язку між згаданими частинами спектру та параметрами джерела звуку. Дана методологія дозволила отримати сшввіднопення, придатні для чисельної оцінки спектрів. '

3. На основі порівняння з експериментальними даними дано об-

грунтування можливості використати отримані розрахункові співвідношення як Інструмент для прогнозування шуму. зв'язаного з утворенням турбулентних граничних' шарів в різних практичних ситуаціях. .

4. Встановлено факт, що акустичне випромінювання турбулент-

ного граничного пару з цілому визначається випромінюванням дипольного характеру, яке може перевищувати на 35-40 д5 квадрулоль-не. . •

5. Аналізуючи конкретну фізімну' ситуацію (експеримент Скучика-Хедл" із спливаючими буйковими апаратами), показано, що вклад шуму турбулентного граничного шару в сукупний шум достатньо великий і по рівню близький до шуму, що породжується кромками буйкових систем.

Осноені результати дисертації викладені в таких роботах.

1. Маяцкий И.В. Об излучении звука периодически изменяющимся пограничным слоем // Сб. •’Гидромеханика", 1933, т.66, с.28-32.

2. Гринченко. В.Т., Маяцкий И.В. Об акустической модели плоского турбулентного пограничного слоя и спектре его излучения // Сб. "Гидромеханика". 1994 (к.печати).

3. Маяцкий И.В. О структуре турбулентного пограничного слоя как акустического излучателя JJ Клев, 18-21 мая,1993 г.,4.2 / Ин-т механики АН Украины.- Киев, 1993, - с.89-93: Ил.- Библиогр.:14 назв.- Рус.- Деп. в ГНТБ Украины 16.08.93, N 1765-Ук93.

4. Гринченко В.Т., Маящий И.В.О роли дипольных источников,порождаемых вязкими сдвиговыми напряжениями, в процессе излучения зЕука турбулентным пограничным слоем // Докл. АН Украины, 1994 (в печати).

5. Маяцкий И.Б. К вопросу о дискуссии по поводу эксперимента Е.Скучжа и Дж.Хэдла со свободно всплывающими буйковыми устройствами // Ин-т гидромеханики АН Украины. - Киев, 1994. - 13 с. : Ил. - Библиогр.: ,19 назв.- - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 25.01.94, N 187 - Ук94.