Характеристики пульсаций псевдозвукового давления в лунке при малых числах Рейнольдса

Abstract

Представлены результаты экспериментальных исследований полей пульсаций скоростного напора и пристеночного давления, сгенерированных вихревыми структурами, которые формируются внутри полусферического углубления на плоской пластине, обтекаемого течением при малых числах Рейнольдса. Измерения проводились c помощью ансамбля миниатюрных датчиков пульсаций пристеночного давления, установленных заподлицо с обтекаемой поверхностью лунки и в ее окрестности, а также датчиков пульсаций скоростного напора, расположенных внутри лунки над ее поверхностью. Получены среднеквадратичные значения и спектральные плотности мощности исследуемых величин. Показано влияние лунки на интегральные и спектральные характеристики поля пульсаций псевдозвукового давления. Отмечены особенности генерации устойчивых крупномасштабных вихревых структур и их взаимодействия с пограничным слоем над пластиной. В спектральных зависимостях пульсаций пристеночного давления и скоростного напора обнаружены тональные составляющие, обусловленные частотой вращения симметричной крупномасштабной вихревой структуры внутри лунки (St≈0.1), частотой ее выбросов (St≈0.05) и частотой автоколебаний вихревых структур сдвигового слоя (St≈0.4).

Наведені результати експериментальних досліджень полів пульсацій швидкісного напору й пристінного тиску, згенерованих вихровими структурами, які формуються всередині напівсферичного заглиблення на плоскій пластині, що обтікається течією при малих числах Рейнольдса. Вимірювання проводились за допомогою ансамблю мініатюрних датчиків пульсацій пристінного тиску, встановлених урівень з обтічною поверхнею лунки та в її околі, а також датчиків пульсацій швидкісного напору, розташованих усередині лунки над її поверхнею. Отримані середньоквадратичні значення й спектральні характеристики досліджуваних величин. Відзначені особливості генерації стійких великомасштабних вихрових структур та їхня взаємодія з примежовим шаром над пластиною. У спектральних залежностях пульсацій швидкісного натиску та пристінного тиску виявлені тональні складові, обумовлені частотою обертання симетричної великомасштабної вихрової структури усередині лунки (St≈0.1), частотою її викидів (St≈0.05) та частотою автоколивань вихрових структур зсувного шару (St≈0.4).

The paper deals with presenting of results of experimental studying of the velocity head and wall pressure fluctuations generated by vortical structures forming in a hemispherical cavity on the flat plate streamlined by the flow at low Reynolds numbers. The measurements were conducted by the group of miniature sensors of wall pressure fluctuations flush-mounted with the streamlined surface of the dimple and in its vicinity, as well as by sensors of velocity head fluctuations situated within the dimple above its surface. The root-mean-square values and power spectral densities of the investigated fields have been obtained. The effect of the hemispheric dimple on the integral and spectral characteristics of the pseudosound pressure fluctuations field has been shown. The specific features of generation of steady large-scale vortical structures and their interaction with the boundary layer above the plate have been pointed out. The tonal components conditioned by the rotation frequency of the symmetric large-scale vortical structure in the dimple (St≈0.1), its break-up frequency (St≈0.05) and frequency of self-induced vibrations of the vortical structures in shear layer (St≈0.4) have been found in spectra of the velocity head and wall pressure fluctuations.