Псевдозвук за препятствием на продольно обтекаемом цилиндре

Abstract

Экспериментально исследованы псевдозвуковые пульсации пристеночного давления за кольцевым препятствием на продольно обтекаемом гибком протяженном цилиндре. Получены интегральные и спектральные статистические характеристики поля пульсаций давления за препятствием, изучено его влияние на структуру турбулентного пограничного слоя. Установка препятствия во внутреннюю область пограничного слоя изменяет структуру всего пограничного слоя. С ростом диаметра препятствия интенсивность пульсаций пристеночного давления возрастает. Максимальные значения интенсивности наблюдаются в ближнем следе препятствия. На расстояниях, превышающих 100 диаметров препятствия, турбулентный пограничный слой восстанавливается. Увеличение диаметра препятствия и скорости обтекания приводит к росту низкочастотных спектральных составляющих пульсаций давления и ослаблению высокочастотных, по сравнению с пограничным слоем на гидравлически гладком цилиндре. Турбулентный пограничный слой за препятствием насыщается крупномасштабными вихревыми структурами. Максимальный вклад в энергию поля пульсаций псевдозвукового давления вносят те вихри, срывающиеся с поперечно обтекаемого препятствия, для которых частота соответствует числу Струхаля Sh≈0.1. Для докризисного режима отрывного обтекания кольцевого препятствия число Струхаля изменяется обратно пропорционально числу Рейнольдса.

Експериментально дослiдженi псевдозвуковi пульсацiї пристiнного тиску за кiльцевою перешкодою на гнучкому видовженому цилiндрi, який обтiкається повздовжньою течiєю. Отриманi iнтегральнi й спектральнi статистичнi характеристики поля пульсацiй тиску за перешкодою, вивчений її вплив на структуру турбулентного примежевого шару. Розмiщення перешкоди у внутрiшню область примежевого шару змiнює структуру всього примежевого шару. При зростаннi дiаметра перешкоди iнтенсивнiсть пульсацiй пристiнного тиску зростає. Максимальне значення iнтенсивностi спостерiгається у ближньому слiдi перешкоди. На вiдстанях, що перевищують 100 дiаметрiв перешкоди, турбулентний примежевий шар вiдновлюється. Збiльшення дiаметра перешкоди й швидкостi обтiкання призводить до зростання низькочастотних спектральних складових пульсацiй тиску й ослаблення високочастотних, у порiвняннi з примежевим шаром на гiдравлiчно гладкому цилiндрi. Турбулентний примежевий шар за перешкодою насичується великомасштабними вихровими структурами. Максимальний внесок в енергiю поля пульсацiй псевдозвукового тиску вносять тi вихори, що зриваються з перешкоди при поперечному її обтiканнi, для котрих частота вiдповiдає числу Струхаля Sh≈0.1. Для докризового режиму вiдривного обтiкання кiльцевої перешкоди число Струхаля змiнюється обернено пропорцiйно до числа Рейнольдса.

Pseudo-sonic fluctuations of the wall pressure behind a ring-type obstacle on longitudinally streamlined flexible extended cylinder are experimentally investigated. Integral and spectral statistical characteristics of a fluctuating pressure field behing the obstacle are obtained and its influence on structure of turbulent boundary layer is investigated. Installation of the obstacle in the internal area of the boundary layer changes total structure of the boundary layer. The intensity of the wall pressure fluctuations increases with the insrease of diameter of the obstacle. The maximal values of intensity are observed in the near wake of the obstacle. At distances exceeding 100 diameters of the obstacle the turbulent boundary layer becomes restored. An increase of diameter of the obstacle and the flow velocity results in growth of the low-frequency spectral components of the pressure fluctuations and decay of the high-frequency components, when comparing with a boundary layer on hydraulically smooth cylinder. The turbulent boundary layer behind the obstacle is saturated with the large-scale vortical structures. The maximal contribution to energy of the field of pseudo-sonic pressure fluctuations is done by the vortices shedding from the cross-flowed obstacle, which frequencies correspond to the Strouhal number Sh≈0.1. For pre-crisis regime of the separation flows on the ring obstacle the Strouhal number changes inversely to the Reynolds number.