Закономерности образования аэродинамического шумав турбулентных дозвуковых струях со сложнымпрофилем скорости и температуры тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова

РГБ ОД

на правах рукописи

£ - СЕН ет

Миронов Алексей Константинович

УДК 534.231.2:533.6:532.525.2:621.452

Закономерности образования аэродинамического шума в турбулентных дозвуковых струях со сложным профилем скорости и температуры.

01.02.05. Механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва— 1995

Работа выполнена в Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И.Баранова. ЦИАМ

Научный руководитель: доктор технических наук

Крашенинников С.Ю.

Официальные оппоненты: доктор технических, наук

Кузнецов В.М., ЦАГИ, кандидат физ — мат. наук Осипов А.А..ЦИАМ. — ведущая организация — АООТ " А. Люлька—Сатурн".

Защита состоится "_"_1994 года в_

на заседании диссертационного совета ДР 048.01.01 в Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И.Баранова, 111250, Москва, ул. Авиамоторная, д.2

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Центрального института авиационного моторостроения.

Автореферат разослан " ^^ " & ^''а 1995 г.

Ученый секретаь диссертационного совета кандидат технических наук старший научный сотрудник

Меликов И.В.

Общая характеристика работы.

Актуальность. В настоящее время в связи с возрастающими экологическими требованиями к самолетам гражданской авиации все более ужесточаются нормы по шуму самолетов на местности. Одним из основных источников шума самолета является выхлопная струя. В турбореактивных двигателях (ТРД), где температура выхлопной струи обычно составляет бОО-г-ЭООК, а скорость истечения 500-5-600 м/с,, струя является доминирующем источником шума самолета на местности. Для двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД) характерные скорости истечения составляют 350-т-450м/с, температуры — 400-ь450К. При этих условиях истечения струя уже не является доминирующим источником шума, на первое место выходит проблема шума вентилятора. Однако, успешные мероприятия по снижению шума вентилятора (применение многослойных звукопоглощающих конструкций и др.) привели к тому, что в задней полусфере шум струи является определяющим фактором даже для двигателей с высокой степенью двухконтурности. Интерес к проблеме шума выхлопной струи сильно возрос за последнее время в связи с тем, что в течение последних 5—6—ти лет рядом советских и зарубежных фирм прорабатываются различные проекты создания сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС) второго поколения, для которых применение двигателей с большой степенью двухконтурности практически не представляется возможным из —за их низкой экономичности на крейсерском режиме. Поэтому в качестве одного из основных вариантов для СПС рассматриваются двигатели с низкой степенью двухконтурности и устройствами снижения шума выхлопной струи.

В современных двигателях на выходе из сопла формируются сложные распределения скорости и температуры. Поэтому работа, направленная на развитие теории генерации звука аэродинамическими источниками и методов расчета шума турбулентной струи при осложненных условиях истечения, а также методов снижения шума выхлопных струй представляется необходимой и актуальной. Решению этой задачи посвящена настоящая диссертация.

Целью работы является исследование закономерностей образования аэродинамического шума в турбулентных дозвуковых струях при сложном распределении скорости и температуры на срезе сопла.

Научная новизна работы состоит в следующем.

На основе проведено го комплексного экспериментально— расчетного исследования особенностей акустического поля турбулентных дозвуковых струй со сложными профилями скорости и температуры, анализа уравнений генерации звука турбулентными потоками и структуры течения турбулентных струй разработана модель локальных источников для расчета акустического поля струй при осложненных условиях истечения. Установлена связь локальных характеристик турбулентности с акустическим полем струи. Показано, что в качестве основных параметров турбулентности, определяющих акустическую мощность локального источника, можно выбрать энергию турбулентности и турбулентную вязкость.

Проведено экспериментальное исследование скорости конвекции источников звука в потоках при различных условиях истечения: струн газа малого молекулярного веса, соосные струи, струи за лепестковыми насадками. Результаты измерений показали,

что в основных зонах излучения шума, общая скорость конвекции совпадает с местной скоростью независимо от условий истечения струи. Отличие скорости конвекции от средней скорости потока в невозмущенных ядрах потока, на периферии струи обусловлено дальнодействием крупных вихрей, перемещающихся в областях с высокой интенсивностью турбулентности.

На основании анализа экспериментальных данных по шуму неизотермических соосных струй показано, что для обобщения результатов измерений необходимо применять сравнение с уровнями шума струи с полным смешением потоков до выхода из сопла.

Исследованы акустические и газодинамические характеристики струй за шумоглушащими соплами с центральным телом. Показано, что участок излучающий около 85% акустической энергии составляет величину порядка двух эквивалентных диаметров.

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование особенностей перехода от ближнего акустического поля к дальнему. Показано, что ряд характерных особенностей ближнего поля может быть удовлетворительно описан при помощи чисто акустических моделей излучения. Предложена акустическая модель для расчета характеристик ближнего поля.

Практическая ценность. На основе проведенного исследования разработана модель локальных источников, позволяющая предсказывать акустические характеристики выхлопных струй со сложными профилями скорости и температуры на ранних стадиях проектирования авиационных двигателей. В диссертационной работе проведено теоретическое обобщение большого количества экспериментальных данных по

акустике турбулентных струй и решен ряд практических задач связанных с излучением шума выхлопными струями современных двигателей, в том числе, по ближнему акустическому полю струи двигателя ПС —90, по шумоглушащим многолепестковым соплам применительно к разработкам НПО "Сатурн".

Основные научные положения, выносимые на защиту.

• обоснование возможности локального подхода к исследованию особенностей излучения шума турбулентными течениями.

• модель локальных источников, позволяющая определять по предварительно расчитанному полю течения мощность акустического излучения, диаграмму направленности и спектральные характеристики акустического поля струй при неравномерных профилях скорости и температуры потока.

• обобщение результатов экспериментального исследования скорости конвекции источников звука в потоках при осложненных условиях истечения: струи газа малой плотности, соосные струи, струи за лепестковыми насадками.

• обобщение результатов измерений шума неизотермических соосных струй при помощи сравнения с уровнями шума струи с полным смешением.

• акустическая модель для расчета характеристик ближнего поля, учитывающая время запаздывания в пределах локального источника, вызванного конвекцией пульсаций скорости.

Апробация. Научные положения и выводы, сформулированные в диссертации, были представлены на обсуждение в более чем 20 докладах на X—XI Всесоюзных акустических конференциях (1983 — 1988гг.), на VI Всесоюзном съезде по торетической и прикладной механике (1986), а также на VI—X отраслевых конференциях

авиационной акустике (1978—1992 гг.). По результатам работы опубликовано: 14 печатных работ во всесоюзных и отраслевых издательствах, 18 научно—технических отчетов, получено одно авторское свидетельство.

Список работ по теме диссертации приводится в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка использованной литературы. Объем диссертации составляет 158 страниц, включая 70 рисунков и список литературы из 67 наименований.

Работа состоит из введения, трех глав, приложения и заключения.

Во введении обоснована актуальность темы, дается краткий обзор по теме диссертации, обсуждается современное состояние проблемы, формулируется цель работы и кратко излагается ее содержание.

В главе 1 на основе анализа уравнений генерации звука турбулентными потоками и структуры течения турбулентных струй показана возможность локального подхода к исследованию особенностей излучения шума турбулентными течениями и разработана модель локальных источников для расчета акустического поля струй при осложненных условиях истечения. Модель локальных источников позволяет определять по предварительно расчитанному полю течения мощность акустического излучения, диаграмму направленности и спектральные характеристики акустического поля струй при неравномерных профилях скорости и температуры потока.

Мощность излучения звука в дальнем поле турбулентной струи исходя из соображений размерности и подобия может быть выражена следующим образом [Зарембо, Красильников, 1963]:

Содержание работы.

где р — плотность газа струи, Е — диссипация энергии на единицу массы, .<$, — некоторая универсальная функция безразмерных параметров, V — обьем, занимаемый турбулентным потоком, Ret — число Рейнольдса турбулентности, Mt — число Маха турбулентности,

Если принять, что при больших числах Рейнольдса акустическая мощность не зависит от Ret, а излучение шума турбулентностью носит квадрупольный характер, то в этом случае <p(Ret,Mt) = Mt5. Согласно данным [Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н., J970], интенсивность диссипации энергии может быть выражена через энергию турбулентности (е) и коэффициент турбулентной вязкости (ц):

к — эксперементальная константа (по данным [Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н., 1970] к=0.3+0.9 для различных типов турбулентных течений).

Тогда формулу (1) можно записать в следующем виде:

где а — константа, величина которой подбирается из условия наилучшего согласования экспериментальных и расчетных данных для одного типа течения, например затопленной изотермической струи.

Имеющиеся полуэмпирические методы, например, [Секундов А.Н. и др., 1988.], позволяют с достаточной точностью вычислять распределения интенсивности турбулентности и коэффициента турбулентной вязкости в струйных течениях практически произвольной конфигурации. Таким образом, для определения мощности акустического излучения турбулентных струй необходимо расчитать поле течения струи по известным параметрам на срезе, вычислить мощность излучения каждого источника согласно выражению (3) и просуммировать акустическое излучение всех локальных источников звука.

В настоящей работе численный расчет поля течения производился с использованием уравнений движения, неразрывности и диффузии в приближении пограничного слоя. Эта система замыкалась с помощью двухпараметрической модели турбулентности [Секундов А.Н. и др., 1988.], которая описывается двумя уравнениями: уравнением для турбулентной вязкости и уравнением для энергии турбулентности. Расчеты на ЭВМ проводились по программам, предоставленным авторами

Е = к-е2 /12ц

(2)

dW = a—-dV

(3)

\2ц

двухпараметрической модели турбулентности, причем в блоки программ существенных изменений не вносилось.

На первом этапе были проведены расчеты для затопленной струи воздуха. Сопоставляя результаты расчета с формулой для акустической мощности струи из [Мунин А.Г., Квитка В.Е., 1973], можно определить коэффициент а. При значении в (2) к=0.6 значение а оказалось равным 7^-35 в зависимости от значения коэффициентов в работе [Мунин А.Г., Квитка В.Е., 1973]. Этот диапазон значений а хорошо согласуется с результатами известных работ: а = 37.7, ([Ргоиатеп I. 1952]) и а= 13.2 ([Бэтчелор Дж. 1955]).

Для уточнения значения коэффициента а в рамках настоящей работы были проведены измерения акустической мощности струи воздуха, истекающей из сопла диаметром 15мм. Экспериментально определенное значение мощности излучения, полученное путем интегрирования диаграммы направленности соответствовало величине а=6.2, а значение акусто—механического к.п.д. струи "П=2.Г10_6, полученное в эксперименте хорошо согласуется с данными работы [Мунин А.Г., Квитка В.Е., 1973].

Проведено экспериментальное исследование скорости конвекции вихрей, определяющей диаграмму направленности источника, в потоках при различных условиях истечения: струи газа малого молекулярного веса, соосные струи, струи за лепестковыми насадками. Результаты измерений показали, что в затопленных, соосных струях, струях сложной пространственной конфигурации в областях, где наблюдается высокое значение турбулентной энергии (основные зоны излучения шума), общая скорость конвекции совпадает с местной скоростью независимо от условий истечения струи. Отличие скорости конвекции от средней скорости потока в невозмущенных ядрах потока, на периферии струи обусловлено дальнодействием крупных вихрей, перемещающихся в областях с высокой интенсивностью турбулентности. В соосных струях в ядре потока, заключенном между двумя слоями смешения, скорость конвекции вихрей может определяться скоростью их движения в обоих слоях смешения. Об этом свидетельствует разрыв в профиле скорости конвекции в ядре наружной струи. В области этого разрыва при измерениях фиксируются два значения скорости конвекции.

Измерения скорости конвекции вихрей в полосах частот (ик(£) показали, что она зависит от линейного масштаба вихря. Причем скорость конвекции мелких вихрей близка к средней скорости потока, а крупные вихри могут двигаться существенно медленнее (рис.1). В затопленных и соосных струях определяющим

параметром для скорости движения вихря оказалось отношение его характерного размера 1 к ширине слоя смешения Ь, в сечении, где производятся измерения. При Ь/1>1 вихри сносятся потоком (и^ги), при Ь/1<1, когда, размер вихря превышает размер зоны смешения,, он может двигаться существенно медленнее: сказывается тормозящее действие окружающей среды.

внешняя зона смешении

внутренняя зона смешения

ооооо т=0.5 Х/Р,=2 ооооо т=0.3 Х/Я,=2 а) т-2.11 Х/Н,-2

т=0.52 Х/Я,=4 »««»« т=2.22 Х/Я,=4 ооооо т=0.78 Х/(?,=4

Рис.1. Зависимость скорости конвекции от частоты. Соосные струи.

Результаты измерений в середине зоны смешения затопленных струй и внешней зоны смешения соосных струй показали, что зависимость скорости конвекции от частоты удовлетворительно описываются формулами:

= А+В*\niShb) п Ри БЬ < 1

щл=1

и

п ри БИь ^ 1

(4,) (46)

где БЬь — число Струхаля, определенное по ширине зоны смешения и местной скорости, А= 1.05; В=0.27. Для внутренней зоны смешения:

Щр- = А\+ВМп(8Ь) (5)

Показано, что отличие от этих зависимостей, в том числе разброс результатов измерений во внутренней зоне смешения при 5Ьь<0.3 (рис. 16), объясняется дальнодействием крупных вихрей.

Для определения характерных частот излучения элементарных объемов проведена локализация источников шума в ближнем поле выхлопной струи современного двигателя с высокой степенью двухконтурности ПС —90. Местоположение источника определялось по фазовым характеристикам взаимного спектра между микрофонами 1 — 6 (рис.2). На рис.2 показаны результаты измерений для частот 80, 125, 250, 500 и 1000гЦ.

»

О О Я В* • о V * 1

® о с о * * а о А

........ ..... ................ ' 5 1 1

Рис.2. Расположение источников звука в струе для различных частот излучения.

Рис.3. Сравнение результатов различных измерений характерных частот источников звука в струе.

Сравнение результатов измерений характерной частоты источников звука, представленные в виде зависимости характерного числа Струхаля от продольной координаты приведены на рис.3. Показано, что, несмотря на высокую неравномерность полей скорости и температур на срезе сопла, величина характерных частот излучения (^ удовлетворительно согласуются с имеющимися в литературе данными по модельным струям и определяется отношением местной скорости (и) к масштабу турбулентности (1), при этом коэффициент пропорциональности имеет значение 0.4-Ю.45. Результаты расчета спектра мощности излучения затопленной изотермической струи с использованием соотношения Г=0.45и/1 хорошо совпадает с известными экспериментальными данными.

Разработана модель для определения спектров интенсивности излучения локального источника шума с учетом разложения на "собственный" и "сдвиговый" шум. Полученный в результате расчета сдвиг спектра в высокочастотную область при увеличении угла наблюдения удовлетворительно согласуется с результатами эксперимента.

Проведен анализ излучения шума струями газа малой плотности. Показано, что в таких струях появляются монопольные и дипольные источники звука, связанные с пульсациями плотности в потоке. При невысоких скоростях истечения и малой плотности газа струи эти источники играют доминирующую роль в излучении, вызывая отклонение от лайтхилловского закона пропорциональности мощности излучения квадрату плотности газа струи (рис.4). Предложена модель излучения шума неизотермическими струями, основанная на подобии полей концентрации в струях газа малого молекулярного веса и полей температуры в горячих струях.

- - - МОЩНОСТЬ КЭЛуЧбИИЯ КВОДруПОЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ

------ мощность излучения дипольных источников

- МОЩНОСТЬ излучении ЫОНОПОЛЫШХ ИСТОЧНИКОВ

- общая мощность излучения

Рис.4. Зависимость излучения звука отдельными источниками от скорости истечения при различных молекулярных весах газа струи, (р—плотность газа струи,

р0—плотность воздуха)

В главе 2 проведено сравнение результатов расчета шума струй с экспериментальными данными, полученными при осложненных условиях истечения (вариация толщины пограничного слоя на срезе сопла, неизотермические струи, соосные струи со сложным профилем скоростей и температур на выходе, струи за лепестковыми насадками). При этом акустические характеристики

струи определялись по предварительно расчитанному полю течения с помощью модели локальных источников, разработанной в Главе 1.

Проведено сравнение расчета по модели локальных источников с экспериментальными данными. Показано, что при использовании современных моделей турбулентности для численного расчета параметров струйных течений и метода локальных источников для определения акустических характеристик возможно с достаточной точностью описать особенности акустического поля сложных струйных потоков с неравномерными профилями скорости и температуры на срезе сопла.

Исследовано влияние толщины пограничного слоя на шум турбулентной затопленной струи. Показано, что расчитанные по модели локальных источников диаграммы направленности удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными в диапазоне толщин пограничного слоя на срезе сопла 8=0.05+1 (рис.5).

90^

В8

86

СП

"484 82 80 78-

50

<5-0.05 и=170т/з

00 ТЗ

80э

78

76

5 3

I

74 72

тЗ

100

150

70

ОООСО ЭЕСперямент _ расчет

и=140т/з

50

466"

150

Рис.5. Диаграммы направленности шума струй с различной толщиной пограничного слоя на срезе сопла (8—отношение толщины пограничного слоя к радиусу сопла).

Проведено методическое исследование струй газа малого молекулярного веса, истекающих из сопел различных диаметров. Показано, что при числах Рейнольдса меньше 104 течение таких струй не является автомодельным и их акустические характеристики сильно зависят от начальных условий истечения. Это положение подтверждается немонотонностью Лайтхилловской зависимости изменения интенсивности акустического излучения струи (Л) от скорости истечения (У): Л~ип (рис.б).

Разработана методика моделирования акустического поля неизотермических струй при помощи струй смеси гелия с воздухом. Проведенное экспериментально — расчетное исследование влияния плотности потока на акустические характеристики струи показало, что при плотности газа струи р<0.3 и скоростях истечения и^ЗООм/с шум струи газа малой плотности определяется монопольными источниками звука, связанными с пульсациями концентрации в потоке (рис.7).

(iï=45V/D-30)

* i * — » »

V " * \ V » i ' ' » w у »

о*"4; •

.......Li. о.......г ..... о'.......*.

Re»10

• •»•• D-5mm ■ ■■■■ D«10nim

***** D«emm »»»»» D-15

Рис.6. Зависимость показателя степени п от числа Рейнольдса.

(Tela—»S'.D-ISmm.r/D-JO)

Рис.7. Зависимость уровня интенсивности акустического излучения струи смеси воздуха с гелием от скорости истечения, (карра— концентрация гелия в воздухе)

Проведен анализ экспериментальных данных по измерению шума неизотермических соосных струй. Показано, что для обобщения результатов измерений целесообразно применять сравнение с уровнями шума струи с полным смешением ("Fully Mixed Jet"), то есть затопленной струи воздуха с теми же основными значениями исходных параметров, как и у исследуемой струи. В качестве условия эквивалентности необходимо использовать условие сохранения в изобарическом сечении расхода, импульса и полной энтальпии. Установлено, что разность уровней звукового давления соосной и эквивалентной струй определяется параметром спутности m, отношением площадей F и углом диаграммы направленности. Отношение температур в диапазоне параметров 0.5<т<2.5 и 0.5<F<3 существенного влияния на шум не оказывает (рис.8). Показано, что модель локальных источников позволяет правильно описывать особенности излучения соосных неизотермических струй (сплошные кривые на рис.8).

СО

"О

_Г т?

1>=30в

л Ал

О ¡¿1 4-

С X ^г >

.0......0. 5.......1. 0....... 5......2.0

оз , ■о 3

-о

-1

0=45°

7

ь * 04 т □ о у м

+

0.5

1.0 иг/и,

1.5

ос эоо Т,-27УК,Т,-2731< оппоп Т,-57УК.Т,-57УК ллллл Т,-773У.Т,-77:5*К Т,=773У,Г1=573*К «9С® Т,-573'К1Т1-27ГК

ООООО Т,-773*К.Т1-273,К +++++ Т,-27УК.Т1-573'К

2.0

(Расчет)

Рис.8. Разность уровней интенсивности акустического излучения соосной и эквивалентной струй, (индекс 1 — струя внутреннего контура, 2 — наружного)

Исследованы акустические и газодинамические характеристики струй за моделями лепестковых шумоглушащих сопел с центральным телом. Результаты газодинамических измерений и расчета поля течения показали, что эффекты шумоподавления связаны с быстрым перемешиванием струи вблизи

и/и»

0.75

0.5

0.25

оГЧ, * о\ \

О О ° (И

«ъ съ <*> о

"Г".....;

х/о.

ооооо гофрированное сошхо с центральным телои _ осесныметрнедое сопло

• »••• пршоуготовов сопло с центральным телом

Рис.9. Падение максимальной скорости вдоль оси струи.

. таю с шпкыишя гофрыа

. кодой е бопиопш гофр»«

. оо*оаш*тгж<аак сгру!

Рис.10. Распределение акустической мощности вдоль оси струи.

среза сопла и сокращением начального участка струи (рис.9). При этом, расстояние от среза сопла до точки, где максимальная скорость падает до величины «О.65ио составляет величину порядка двух диаметров сопла.

Расчет по модели локальных источников показал, что этот участок излучает около 85% акустической энергии (рис.10). Таким образом, если использовать эжектор для наиболее эффективного подавления шума струи за лепестковым соплом, его оптимальная длина должна быть ¿20^ (Б^—диаметр эквивалентонго по площади осесимметричного сопла). Проведенное расчетно — экспериментальное исследование шума струй за лепестковыми насадками позволило определить оптимальную конфигурацию сопла при разработке эжекторного шумоглушителя в НПО "САТУРН" при участии ЦИАМ.

В главе 3 проведено обсуждение особенностей перехода от ближнего акустического поля струи к дальнему. Построена модель излучения звука в ближнем поле, позволяющая описать характерные особенности поля пульсаций давления вблизи границы струи. Приведены экспериментальные данные, полученные при исследовании ближнего поля струи.

Исследован переход от ближнего акустического поля к дальнему. Показано, что многие характерные особенности ближнего поля, обычно относимые к влиянию "гидродинамических" членов в уравнении Лайтхилла, такие как отклонение от закона обратных квадратов, совпадение скорости конвекции (фазовой скорости) пульсаций давления вблизи границы струи со скоростью потока в зоне смешения, появление в спектрах пульсаций низкочастотного максимума, могут быть удовлетворительно описаны при помощи чисто акустических моделей излучения.

Предложена акустическая модель для расчета характеристик ближнего поля, учитывающая время запаздывания в пределах локального источника, вызванного конвекцией пульсаций скорости. На основе проведенного сравнения расчета и экспериментальных данных показано, что модель локальных источников для расчета акустических характеристик дальнего поля может быть применена и для расчета параметров ближнего поля на расстояниях г/1>10, где 1—характерный размер источника, определенный по пространственно — временной корреляционной функции. На рис.11 показано сравнение расчета по предложенной модели с экспериментом по измерению фазовой скорости пульсаций давления в ближнем поле струи. По оси абсцисс отложен логорифм

отношения расстояния от локального источника звука до точки измерения к характерному масштабу источника, по оси ординат — 1/М^р (Мкр=икр/а0, и^р—фазовая скорость (скорость конвекции) пульсаций давления, а0—скорость звука.) На рис.12 показаны результаты расчета частоты максимума в спектрах пульсаций давления в ближнем поле струи. (X—расстояние от среза сопла, О—диаметр сопла) Точками на рис.12 показаны экспериментальные данные, полученные различными методами измерений.

О I

\

\

(

ip "' "-6л.....2 '' 05 ......о.'« ......i.o

=> £

0.1

0.01

»» и N

л

Ч 84

OCC>(>of-«.46kHz (Х»-Звтт) ooaonf»6.05kHz (X,-28mm) _ расчет

X/D

. - ресчвт

Рис.11. Зависимость скорости конвекции Рис.12 Зависимость характерной частоты пульсаций давления от расстояния до пульсаций давления от осевой

источника. (L/X=0.39, Uo= 150 м/с) координаты.

В приложении приведена эмпирическая методика расчета уровней шума в акустическом поле соосных неизотермических струй.

Основные результаты работы

1. На основе анализа размерности и подобия установлена связь локальных характеристик турбулентности с акустическим полем струи. Показано, что в качестве основных параметров турбулентности, определяющих акустическую мощность локального источника можно выбрать энергию турбулентности и турбулентную вязкость.

2. Проведено экспериментальное исследование скорости конвекции вихрей, определяющей диаграмму направленности источника, в потоках при различных условиях истечения: струи газа малого молекулярного веса, соосные струи, струи за лепестковыми насадками. Результаты измерений показали, что в затопленных,

соосных струях, струях сложной пространственной конфигурации в областях, где наблюдается высокое значение турбулентной энергии (основные зоны излучения шума), общая скорость конвекции совпадает с местной скоростью независимо от условий истечения струи. Отличие скорости конвекции от средней скорости потока в невозмущенных ядрах потока, на периферии струи обусловлено дальнодействием крупных вихрей, перемещающихся в областях с высокой интенсивностью турбулентности.

Измерения скорости конвекции вихрей в полосах частот показали, что она зависит от линейного масштаба вихря. Определяющим параметром для скорости движения вихря оказалось отношение его размера 1, к ширине слоя смешения Ь, в сечении, где производятся измерения. При Ь/1>1 вихри сносятся потоком (Ц^ДО и), при Ь/1<1, когда размер вихря превышает размер зоны смешения, ик(Г)<и.

3. Для определения характерных частот излучения элементарных объемов проведена локализация источников шума в ближнем поле выхлопной струи современного двигателя с высокой степенью двухконтурности ПС—90. Показано, что, несмотря на высокую неравномерность полей скорости и температур на срезе сопла, величина характерных частот излучения (^ удовлетворительно совпадает с имеющимися в литературе данными по модельным струям и определяется отношением местной скорости (и) к масштабу турбулентности (I).

4. Разработана модель для определения спектров интенсивности излучения локального источника шума с учетом разложения на "собственный" и "сдвиговый" шум.

5. Проведен анализ излучения шума струями газа малой плотности. Показано, что в таких струях появляются монопольные и дипольные источники звука, связанные с пульсациями плотности в потоке. Предложена модель излучения шума неизотермическими струями, основанная на подобии полей концентрации в струях газа малого молекулярного веса и полей температуры в горячих струях.

6. Проведено исследование влияния толщины пограничного слоя на шум турбулентной затопленной струи. Показано, диаграммы направленности определенные по методу локальных источников при расчете поля течения по двухпараметрической модели турбулентности удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными в диапазоне толщин пограничного слоя на срезе сопла 8=0.05-5-1.

7. Проведено методическое исследование струй газа малого молекулярного веса, истекающих из сопел различных диаметров.

Показано, что при числах Рейнольдса меньше 104 течение таких струй не является автомодельным и их акустические характеристики сильно зависят от начальных условий истечения. Разработана методика моделирования акустического поля неизотермических струй при помощи струй смеси гелия с воздухом.

8. Проведен анализ экспериментальных данных по измерению шума неизотермических соосных струй. Показано, что для обобщения результатов измерений целесообразно применять сравнение с уровнями шума струи с полным смешением. Показано, что модель локальных источников позволяет правильно описывать особенности излучения соосных неизотермических струй.

9. Исследованы акустические и газодинамические характеристики струй за моделями лепестковых шумоглушащих сопел с центральным телом. Расчет по модели локальных источников показал, что участок излучающий около 85% акустической энергии составляет величину «20^, т.е. необходимая длина эжектора для эффективного подавления шума струи должна быть «20^. Проведенные исследования позволили НПО "САТУРН" выбрать оптимальную конфигурацию эжекторного шумоглушащего сопла.

10. Исследованы особенности перехода от ближнего акустического поля к дальнему. Показано, что ряд характерных особенностей ближнего поля могут быть удовлетворительно описаны при помощи чисто акустических моделей излучения. Предложена акустическая модель для расчета характеристик ближнего поля. На основе проведенного сравнения расчета и экспериментальных данных показано, что модель локальных источников для расчета акустических характеристик дальнего поля может быть применена для расчета параметров ближнего поля на расстояниях г/1>10, где 1 — характерный размер источника, определенный по пространственно —временной корреляционной функции.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Крашенинников С.Ю., Миронов А.К. Двухточечные корреляции пульсаций давления в акустическом поле и пульсаций скорости в турбулентной струе./ Труды ЦИАМ № 1901.— 1980.

2. Крашенинников С.Ю., Миронов А.К. Сравнительное исследование акустического поля воздушной и гелиевой струй при дозвуко —

вой скорости истечения. Акустика турбулентных потоков: сб. статей/ М., Наука.— 1983.

3. Довжик C.B., Крашенинников С.Ю., Миронов А.К. Влияние условий истечения на шум осесимметричной турбулентной струи./ Труды ЦИАМ № 11031.- 1983.

4. Довжик C.B., Крашенинников С.Ю., Миронов А.К. Экспериментальное и расчетное исследование особенностей излучения шума турбулентными струями с помощью модели локальных источников./ X Всесоюзная акустическая конференция, секция Ж: Сб. докладов. Москва. — 1983.

5. Довжик C.B., Крашенинников С.Ю., Миронов А.К. Особенности излучения шума струей гелия при изменении числа Рейнольдса в диапазоне (0,3+3) *104./ Труды ЦИАМ №11031- 1983.

6. Васильев В.И., Довжик C.B., Крашенинников С.Ю., Миронов А.К. Вихревые движения, взаимодействие масштабов турбулентности и конвекция вихрей в слоях смешения турбулентных струй./ VI Всесоюзный съезд по торетической и прикладной механике: Аннотации докладов, Ташкент. — 1986.

7. Довжик C.B., Крашенинников С.Ю., Миронов А.К.,Толстошеее М.Н. Теоретическое и экспериментальное исследование акустического излучения осесимметричных турбулентных струй./ Труды ЦИАМ № 1226.- 1987.

8. Довжик C.B., Крашенинников С.Ю, Миронов А.К. Теоретическое и экспериментальное исследование ближнего поля турбулентных струй./ IX научно—техническая конференция по авиационной акустике: Тезисы докладов. Издательский отдел ЦАГИ. — 1989г.

9. Довжик C.B., Крашенинников С.Ю., Миронов А.К., Чурсин В.А. Локализация источников шума в выхлопной струе ТРДД./ Труды ЦИАМ № 1287.- 1991.