Geum.ru

В. А. Тумольский московский инженерно-физический институт (государственный университет) исследование

Вид материалаИсследование
Подобный материал:

УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики

О.В. МИТРОФАНОВА, В.А. ТУМОЛЬСКИЙ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)


ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ГЕНЕРАЦИИ ВИХРЕВОГО ЗВУКА В ЭЛЕМЕНТАХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК


Разработан экспериментальный метод измерения параметров акустических эффектов, возникающих в импактной закрученной струе.


Генерация звука в среде возможна либо при периодическом движении погруженных в нее тел, либо при обтекании потоком неподвижных или движущихся тел. В последнем случае звук принято называть вихревым. Вихревой звук обусловлен вихревыми структурами, образующимися при обтекании тел. Эти структуры приводят к периодическим пульсациям давления в среде, вследствие чего и возникают акустические эффекты. Примером возникновения вихревого звука может служить звучание большинства духовых инструментов, эолова арфа, многочисленные конструкции вихревых свистков.

Одним из способов генерации упорядоченной вихревой структуры потока может служить импактная струя (струя, натекающая на преграду). Из-за их широкого распространения в технических устройствах импактные струи становятся объектом все более многочисленных исследований. Так, в работе [1] было показано, что импактная струя в случае отсутствия закрутки имеет тонкую вихревую структуру. В то же время, в экспериментах с закрученной и незакрученной импактными струями [2] было выявлено качественное различие образующихся полей давлений. В случае закрученной импактной струи полученное распределение поля давлений свидетельствует о генерации дополнительных вихреобразований, что подтверждают отмеченные в этом случае акустические эффекты. Для выявления топологии образующихся вихрей была создана экспериментальная установка (рис. 1)

Н


Рис. 1. Схема экспериментальной установки
агнетаемый газодувкой 1 поток воздуха, проходя через расходомер 2, попадает в вихревую камеру 4, закреплённую на демпфирующей опоре 3, предназначенной для устранения внешних вибраций. Геометрия вихревой камеры позволяет сформировать закрученный поток воздуха, имеющий максимальную интенсивность завихрённости в узком выходном сечении.


Устойчивые звуковые колебания, интенсивность которых зависит от расхода, измеряемого с помощью расходомера 2, возникают при уменьшении расстояния z между вихревой камерой 4 и преградой 5 до определенной фиксированной величины h. В этом случае преграда, первоначально отбрасываемая исходящим из камеры потоком воздуха, начинает притягиваться к поверхности вихревой камеры. К отмеченному эффекту может приводить образование спиральных или тороидальных вихрей в зазоре между вихревой камерой и преградой.

Для измерения спектра акустических колебаний используются измерительный микрофон 9 и микрофонный предусилитель 10, подающий сигнал на компьютер 12. Закрутка потока в вихревой камере приводит к вращению преграды (плоского диска) 5. Частота оборотов диска измеряется с помощью стробоскопа 7.

Проведенные пробные испытания подтвердили возникновение устойчивых акустических колебаний, частоты которых не зависят от типа преграды, но изменяются при различных расходах газа.

Работы в области моделирования сложных вихревых и закрученных течений выполняются при поддержке Программы по развитию системы ведущих научных школ – НШ-8044.2006.8 и РФФИ – гранты 05-08-01511-a, 06-08-00214-а.


Список литературы


1. Жилкин Б.И., Сыромятников Н.И. О модели импактной газовой струи. // Доклады АН СССР. 1977. Т. 234. № 4. С. 784-786.

2. Комплексное исследование вихревой структуры закрученных течений в каналах сложной геометрии / О.В. Митрофанова, Л.С. Кокорев, Ю.Н. Токарев и др. // Тр. Четвертой Росс. конф. по теплообмену. М.: МЭИ. 2006. Т. 6. С. 253-257.




ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1