Влияние высоты выступа на пристеночные пульсации давления вблизи его боковой кромки в турбулентном пограничном слое

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Пристеночные пульсации давления в турбулентном течении являются источником шума и вибраций обтекаемых потоком упругих конструкций. В работе представлены результаты экспериментального исследования влияния высоты выступа на пространственно-временную структуру пристеночных пульсаций давления в окрестности его боковой кромки в турбулентном пограничном слое. Измерения проводились в дозвуковой малошумной аэродинамической трубе Московского комплекса ЦАГИ. Высота выступа варьировалась от 3% до 17% толщины набегающего пограничного слоя. Показано, что область наиболее интенсивных пульсаций давления локализована вблизи переднего бокового угла выступа. Установлено характерное число Струхаля, определяющее спектры пульсаций давления за передней кромкой выступа. Показано существенное влияние высоты выступа на пространственно-временную структуру поля давления в окрестности боковой кромки. Полученные результаты свидетельствуют о наличии значительной корреляции с полем пульсаций давления набегающего турбулентного пограничного слоя в случае уступов малой высоты.

Об авторах

С. В. Кузнецов

Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского

Email: international44@yandex.ru
Россия, 105005, Москва, ул. Радио 17

А. Ю. Голубев

Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского

Автор, ответственный за переписку.
Email: international44@yandex.ru
Россия, 105005, Москва, ул. Радио 17

Список литературы

  1. Ефимцов Б.М. Характеристики поля пристеночных пульсаций давления при больших числах Рейнольдса // Акуст. журн. 1982. Т. 28. № 4. С. 491–497.
  2. Ефимцов Б.М. Критерии подобия спектров пристеночных пульсаций давления турбулентного пограничного слоя // Акуст. журн. 1984. Т. 30. № 1. С. 58–61.
  3. Смольяков А.В., Ткаченко В.М. Модели поля псевдозвуковых турбулентных пристеночных давлений и опытные данные // Акуст. журн. 1991. Т. 36. № 6. С. 1199–1207.
  4. Howe M.S. Surface pressures and sound produced by turbulent flow over smooth and rough walls // J. Acoust. Soc. Am. 1991. V. 95. P. 1041–1047.
  5. Зверев А.Я., Ефимцов Б.М. Сравнительная оценка акустического излучения тонкостенных конструкций, возбуждаемых турбулентным пограничным слоем, для различных представлений взаимного спектра // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 4. С. 459–464.
  6. Haxter S., Spehr C. Comparison of model predictions for coherence length to in-flight measurements at cruise conditions // J. Sound Vib. 2017. V. 390. P. 86–117.
  7. Blake W.K. Mechanics of Flow-Induced Sound and Vibration. V. 2. Complex Flow-Structure Interactions. Second Edition. Academic Press, 2017. Elsevier Inc. 670 p.
  8. Голубев А.Ю., Кудашев Е.Б., Яблоник Л.Р. Турбулентные пульсации давления в акустике и аэрогидродинамике. М.: Физматлит, 2019.
  9. Кудашев Е.Б., Яблоник Л.Р. Развитие экспериментальных исследований турбулентных пристеночных пульсаций давления. Критический анализ и обобщение накопленных опытных данных // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 6. С. 639–649.
  10. Flinovia: Flow Induced Noise and Vibration Issues and Aspects-III / Eds. Ciappi E., De Rosa S., Franco F., Hambric S.A., Leung R.C.K., Clair V., Maxit L., Totaro N. Springer: Nature, 2021. https://doi.org/10.1007/978-3-030-64807-7
  11. Awasthi M., Devenport W.J., Glegg S.A.L., Forest J.B. Pressure fluctuations produced by forward steps immersed in a turbulent boundary layer // J. Fluid Mech. 2014. V. 756. P. 384–421.
  12. Farabee T.M., Casarella M.J. Measurements of fluctuating wall pressure for separated/reattached boundary layer flows // ASME J. Vib. Acoust. Stress Reliab. Des. 1986. V. 108. P. 301–307.
  13. Efimtsov B.M., Kozlov N.M., Kravchenko S.V., Andersson A.O. Wall Pressure Fluctuation Spectra at Small Forward-Facing Steps // AIAA Paper. 1999. 99–1964.
  14. Efimtsov B.M., Kozlov N.M., Kravchenko S.V., Andersson A.O. Wall Pressure Fluctuation Spectra at Small Backward-Facing Steps // AIAA Paper. 2000. 2000–2053.
  15. Lee I., Sung H.J. Multiple-arrayed pressure measurement for investigation of the unsteady flow structure of a reattaching shear layer // J. Fluid Mech. 2002. V. 463. P. 377–402.
  16. Largeau J.F., Moriniere V. Wall pressure fluctuations and topology in separated flows over a forward-facing step // Exp. Fluids. 2007. V. 42. P. 21–40.
  17. Camussi R., Felli M., Pereira F., Aloisio G., Di Marco A. Statistical properties of wall pressure fluctuations over a forward-facing step // Phys. Fluids. 2008. V. 20. № 7. P. 75113.
  18. Ji M., Wang M. Surface pressure fluctuations on steps immersed in turbulent boundary layers // J. Fluid Mech. 2012 V. 712. P. 471–504.
  19. Бибко В.Н., Голубев А.Ю. Основные закономерности влияния скоса потока на характеристики полей пульсаций давления перед прямым и за обратным уступом // Акуст. журн. 2014. Т. 60. № 5. С. 483–491.
  20. Голубев А.Ю., Кузнецов С.В. Особенности полей пульсаций давления на поверхности выступов // Известия РАН. МЖГ. 2018. № 6. С. 67–75.
  21. Awasthi M., Devenport W.J., Alexander W.N., Glegg S.A.L. Aeroacoustics of rounded forward-facing steps: near-field behavior // AIAA Journ. 2019. V. 57. № 3. P. 1237–1249.
  22. Golubev A., Kuznetsov S. Wall pressure fluctuations on the surface of sloped forward-facing steps // AIAA Journ. 2020. V. 58. № 10. P. 4595–4599.
  23. Leclercq D.J.J., Jacob M.C., Louisot A., Talotte C. Forward-Backward Facing Step Pair: Aerodynamic Flow, Wall Pressure and Acoustic Caracterisation // AIAA Paper. 2001. 2001-2249.
  24. Голубев А.Ю., Ефимцов Б.М. Особенности структуры полей пульсаций давления в окрестности выступов // Известия РАН. МЖГ. 2015. № 1. С. 55–66.
  25. Голубев А.Ю., Ефимцов Б.М. Взаимная корреляция полей пристенных пульсаций давления перед конфигурацией “прямой уступ–обратный уступ” и в следе за ней // Ученые записки ЦАГИ. 2015. Т. 46. № 1. С. 30–41.
  26. Голубев А.Ю. Особенности полей пульсаций давления в окрестности конфигурации “прямой уступ–обратный уступ” // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 1. С. 56–62.
  27. Pearson D.S., Goulart P.J., Ganapathisubramani B. Turbulent separation upstream of a forward-facing step // J. Fluid Mech. 2013. V. 724. P. 284–304.
  28. Graziani A., Kerherve F., Martinuzzi R.J., Keirsbulck L. Dynamics of the recirculating areas of a forward-facing step // Exp. Fluids. 2018. V. 59. № 154. P. 1–18.
  29. Fang V., Tachie M.F. Spatio-temporal dynamics of flow separation induced by a forward-facing step submerged in a thick turbulent boundary layer // J. Fluid Mech. 2020 V. 892. A40-1-30.
  30. Chandrsuda C., Bradshaw P. Turbulence structure of a reattaching mixing layer // J. Fluid Mech. 1981. V. 110. P. 171–194.
  31. Simpson R.L., Ghodbane M., McGrath B.E. Surface pressure fluctuations in a separating turbulent boundary layer // J. Fluid Mech. 1987. V. 177. P. 167–186.
  32. Kiya M., Sasaki K. Structure of a turbulent separation bubble // J. Fluid Mech. 1983. V. 137. P. 83–113.
  33. Haxter S., Brouwer J., Sesterhenn J., Spehr C. Obtaining phase velocity of turbulent boundary layer pressure fluctuations at high subsonic Mach number from wind tunnel data affected by strong background noise // J. Sound Vib. 2017. V. 402. P. 85–103.

Дополнительные файлы


© С.В. Кузнецов, А.Ю. Голубев, 2022