Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.11 Звук в трубах с потоками

 

Жигалкин А.С., Любимов Д.А. «Сравнение акустических характеристик различных методов генерации синтетической турбулентности на примере моделирования развитого турбулентного течения в плоском канале RANS/ILES методом.» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 276-277 (2019)

Рассмотрены несколько методов с точки зрения создания ими источников ложного шума: метод на основе генерации «белого» шума, изложенный в работе Т. Lund, X. Wu, and D. Squires Generation of turbulent inflow data for spatially-developing boundary layer simulations // Journal of Computational Physics. 1998. N. 140. Pp. 233-258, спектральные методы, изложенные в работах L. Davidson Using isotropic synthetic fluctuations as inlet boundary conditions for unsteady simulations // Advances and Applications in Fluid Mechanics. 2007. N. 1. Pp. 1-35, A. Smirnov, S. Shi, LB. Celik Random flow generation technique for large-eddy simulations and particle-dynamics modeling // Journal of Fluids Engineering. 2001. N. 123. Pp. 359-371 и оригинальный вариант метода синтетических вихрей, изложенного в работе N. Jarrin, S. Benhamadouche, D. Laurence, R. Prosser A synthetic- eddy-method for generating inflow conditions for large-eddy simulations // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2006. V. 27. Pp. 585-593. Перечисленные методы были встроены вышеупомянутый RANS/ILES метод с неявной SGS-моделью. На примере моделирования развитого турбулентного течения в плоском канале было произведено сравнение этих методов по величине создаваемого ими ложного шума. Были получены спектры пульсаций давления, поля акустического давления и распределения среднеквадратических величин пульсаций давления по длине и высоте канала.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 276-277 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Корин И.А., Пальчиковский В.В., Берсенев Ю.В. «Валидация численного моделирования работы генератора вращающихся акустических мод» Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 166-170 (2018)

Проведены измерения шума в канале установки генерации вращающихся акустических мод. Выполнено численное моделирование генерации мод с различными номерами и их распространения в канале с жесткими стенками. Результаты расчетов сопоставлены с результатами экспериментов. Рассмотрено влияние на точность численного моделирования: отличий ряда геометрических характеристик реальной установки от проектных значений; точности позиционирования микрофонов; вариантов граничных условий, учитывающих эффекты потери акустической энергии за счет поглощения динамиками и излучения в открытое пространство из канала установки.

Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 166-170 (2018) | Рубрика: 08.11

 

Черенкова Е.С., Храмцов И.В., Кустов О.Ю. «О применении в аэроакустических исследованиях сопел, изготовленных по аддитивной технологии» Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 337-341 (2018)

Спроектированы и изготовлены конические сопла с выходной частью диаметром 30, 40 и 50 мм, созданные по аддитивной технологии методом экструдирования нити из ABS-пластика. В акустической заглушенной камере проведены измерения шума одноконтурной холодной воздушной струи для всех сопел при скоростях струи в диапазоне 0,3–0,7 чисел Маха. Полученные спектральные плотности и суммарные уровни звукового давления показывают, что сопла, созданные по аддитивной технологии, могут успешно применяться в аэроакустических исследованиях, заменяя более дорогие в изготовлении сопла из металла.

Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, № 1, с. 337-341 (2018) | Рубрика: 08.11

 

Нагнибеда Е.А., Папина К.В. «Неравновесная колебательная и химическая кинетика в потоках воздуха в соплах» Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1: Математика. Механика. Астрономия, 5, № 2, с. 287-299 (2018)

Численно исследуются неравновесные течения пятикомпонентного воздуха N2/O2/ NO/N/O в соплах на основе поуровневого описания. Учитываются химические реакции обмена атомами, диссоциация, рекомбинация и переходы колебательной энергии молекул. Показано формирование неравновесных небольцмановских распределений с образованием платообразного участка на средних уровнях. Изучено влияние моделей реакций обмена, условий в критическом сечении и формы профиля на колебательные распределения и макропараметры течения. Проведено сравнение с результатами, полученными в однотемпературном приближении.

Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1: Математика. Механика. Астрономия, 5, № 2, с. 287-299 (2018) | Рубрика: 08.11

 

Kotani S. «Construction of KdV flow. I. τ-Function via Weyl function» Журнал математической физики, анализа, геометрии, 14, № 3, с. 297-335 (2018)

Sato introduced the τ -function to describe solutions to a wide class of completely integrable differential equations. Later Segal–Wilson represented it in terms of the relevant integral operators on Hardy space of the unit disc. This paper gives another representation of the τ –functions by the Weyl functions for 1d Schrödinger operators with real valued potentials, which will make it possible to extend the class of initial data for the KdV equation to more general one.

Журнал математической физики, анализа, геометрии, 14, № 3, с. 297-335 (2018) | Рубрика: 08.11

 

Цветков А.И., Ефремов А.В. «Обзор материалов исследования аэроакустических параметров в дозвуковых аэродинамических трубах» Noise Theory and Practice (Электронный ресурс), 5, № 2, с. 20-38 (2019)

Представлен обзор экспериментальных исследований параметров пульсаций воздушного потока в дозвуковых аэродинамических трубах замкнутого типа, в моделях этих труб и в аэродинамических трубах малых размеров. Анализу подвергались результаты исследований пульсаций давления и скорости инфразвуковой и низкой частоты. При этом рассматривалось также влияние элементов конструкций внутреннего канала аэродинамических труб на акустические параметры потока. Анализ существующих конструкций и схем промышленных дозвуковых аэродинамических труб, мер по снижению инфразвуковых и низкочастотных пульсаций потока позволяет успешно модернизировать и создавать отвечающую перспективным требованиям научно0-экспериментальную базу проектируемых и модернизируемых аэродинамических труб и обеспечить проведение исследований в интересах создания высокоэффективной и конкурентоспособной продукции.

Noise Theory and Practice (Электронный ресурс), 5, № 2, с. 20-38 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Борисевич В.Д., Потанин Е.П. «Трехмерные течения во вращающемся цилиндре при наличии турбулентных пограничных слоев на торцевых дисках» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 19-26 (2019)

Представлена аналитическая модель расчета гидродинамических характеристик потока вязкой несжимаемой жидкости во вращающемся цилиндре при наличии тормозящей крышки в случае образования на торцевых поверхностях турбулентных пограничных слоев. Анализ выполнен с учетом всех нелинейных инерционных членов в уравнениях движения в рамках интегральных соотношений Лойцянского. Приближенные профили скоростей в пограничных слоях задаются в соответствии с эмпирическим 1/7-законом. Основной поток разделяется на невязкое квазитвердое ядро и боковой слой, в котором сосредоточена практически вся восходящая часть циркуляционного потока. Неизвестные величины угловой скорости ядра и его границы по радиусу оцениваются из баланса моментов сил трения, действующих на основной вращающийся поток, и условия неразрывности циркуляционного течения.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 19-26 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Борзенко Е.И., Дьякова О.А., Шрагер Г.Р. «Ламинарное течение степенной жидкости в Т-образном канале при заданных перепадах давления» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 63-71 (2019)

Статья посвящена исследованию установившегося ламинарного течения несжимаемой степенной жидкости в плоском Т-образном канале при заданных перепадах давления между граничными сечениями втекания/вытекания. Степенной жидкостью называется неньютоновская жидкость, реологическое поведение которой описывается законом Оствальда–де Виля. Математическая постановка задачи включает уравнения движения и неразрывности. На твердых стенках задается условие прилипания. Для нахождения решения задачи используется конечно-разностный метод с применением процедуры SIMPLE. Проведены параметрические исследования кинематических и динамических характеристик течения в зависимости от основных параметров задачи. Построена диаграмма режимов течения при изменении значений перепадов давления, задаваемых между границами втекания/вытекания канала, для различных показателей нелинейности реологической модели.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 63-71 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Титарев В.А., Фролова А.А., Шахов Е.М. «Отражение потока разреженного газа от стенки с отверстием и истечение газа в вакуум» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 111-118 (2019)

На основе кинетической S-модели решается двумерная нестационарная задача об отражении равномерного сверхзвукового потока разреженного газа, падающего нормально на стенку с отверстием и истечение газа через отверстие (щель и канал) в вакуум. Изучается влияние щели на характер отражения, на скорость отраженной ударной волны от стенки и на формирование струи газа, истекающего в вакуум, в зависимости от скорости падающего потока, степени разреженности газа и от условий на стенке. Исследуется также влияние толщины стенки, то есть длины канала, через который происходит истечение. В качестве основной интегральной характеристики рассчитывается расход газа через отверстие. Прослеживается выход процесса истечения на стационарный режим отражения. Кинетическое уравнение решается численно консервативным методом конечных разностей второго порядка аппроксимации по всем переменным.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 111-118 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Лунев В.В., Тихонычев П.С. «Течение в узком каналес химическими реакциями на стенке» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 119-122 (2019)

Получено решение задачи о течении газа в узком канале, плоском и цилиндрическом с внутренним стержнем на оси, с химическими реакциями на стенках. Задача сводится к решению обыкновенного дифференциального уравнения для поперечного распределения параметров потока. Этот пример моделирует, в некоторой степени, течения в химических реакторах, применяемых иногда для исследования гетерогенных химических реакций.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 119-122 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Мешков Е.Е., Мокрецов Р.В., Смагин И.Р. «О возможности реламинаризации в зоне РТ-перемешивания под действием ускоренного сдвигового течения» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 3-5 (2019)

Разработана методика экспериментального исследования влияния ускоренного сдвигового течения на развитие неустойчивости Рэлея–Тейлора (РТ) на границе двух жидкостей с малым числом Атвуда. С применением аналога метода лазерного ножа (флюоресценция под действием лазерного излучения) получены данные о структуре зоны РТ перемешивания и подтверждение стабилизации неустойчивости под действием ускоренного сдвигового течения.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 3-5 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Сурешкумар А., Сридхар Б.Т.Н. «Экспериментальное исследование распада и размывания перерасширенной треугольной сверхзвуковой струи» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 40-51 (2019)

Выполнены эксперименты с перерасширенными треугольными равносторонними сверхзвуковыми струями при числе Маха 1.8 и числах Рейнольдса 6.71·105 и 4.81· 105. Цель работы состояла в исследовании характеристик размывания и распада струи путем измерения полного давления вдоль ее центральной линии и в поперечном направлении. Ударно-волновая структура струи изучена на основе щлирен-изображений. Вышеприведенные числа Рейнольдса соответствуют полным давлениям на входе сопла 550 кПа (6.71· 105) и 360 кПа (4.81· 105). Для сравнения аналогичные эксперименты выполнены для случая кругового сопла при тех же значениях площади выходного сечения и отношения площадей (1.44) и при тех же полных давлениях. Экспериментальные данные показывают, что треугольная струя имеет меньшую, чем круговая, длину сверхзвукового ядра, причем уменьшение составляет 34.25% при 360 кПа и 31.11% при 550 кПа. Падение полного давления в треугольной струе происходит резче и ближе к выходному сечению, чем для круговой струи. Поперечные распределения полного давления показывают, что степень размывания треугольной струи меньше в окрестности ее углов, чем в центральных частях сторон треугольника.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 40-51 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Ванг Дж.М., Ванг Х., Ма Й., Минг К.Дж., У Дж.К. «Характеристики течения в сверхзвуковой открытой полости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 135-149 (2019)

Течение в открытой полости подвержено интенсивным самоподдерживающимся осцилляциям. Это нестационарное течение, характеризуемое множественными тонами, порождает мощные пульсации давления. В работе течение в полости при числе Маха набегающего потока 1.19 моделируется при помощи метода отсоединенных вихрей. Для лучшего понимания процессов переноса сдвигового слоя и частотных характеристик поле скорости потока на середине ширины полости изучено посредством разложения по динамическим модам (DMD). Выделены три первые моды сверхзвукового течения в полости и при их помощи описана конфигурация течения на доминирующих частотах; этим DMD-модам соответствуют течения с двумя, тремя и четырьмя вихрями. Предложены упрощенные модовые структуры, позволяющие определить динамику течения в сверхзвуковой полости. Когда волна сжатия, являющаяся частью петли обратной связи, сталкивается с волной вытеснения в определенном месте, возникает явление, аналогичное звуковому удару, производящее очень сильный шум в полости.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 135-149 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Жиленко Д.Ю., Кривоносова О.Э. «Синхронизация в турбулентном сферическом течении Куэтта под действием неравномерного вращения» Журнал технической физики, 89, № 7, с. 992-997 (2019)

Представлены результаты численного исследования свойств турбулентных течений вязкой несжимаемой жидкости во вращающемся сферическом слое при наличии синхронизации. Синхронизация турбулентного течения происходит под действием периодического изменения скорости вращения внутренней сферы, скорость вращения внешней сферы постоянна. Проведено сравнение с экспериментом, и определен диапазон амплитуд модуляции, при котором синхронизация сопровождалась перемежаемостью типа "хаос–хаос".

Журнал технической физики, 89, № 7, с. 992-997 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Григорьев А.И., Ширяева С.О., Михеев Г.Е. «Об инкрементах неустойчивости волн различной симметрии на движущейся относительно материальной среды объемно заряженной струе» Журнал технической физики, 89, № 8, с. 1176-1182 (2019)

Исследованы инкременты неустойчивости капиллярных волн с произвольной симметрией (с произвольными азимутальными числами m) на поверхности объемно заряженной цилиндрической струи идеальной несжимаемой диэлектрической жидкости, движущейся относительно идеальной несжимаемой материальной диэлектрической среды. Показано, что при не слишком больших скоростях движения струи с увеличением объемной плотности заряда первой становится неустойчивой осесимметричная мода (m=0), затем изгибная (m=1), а затем изгибно-деформационная (m=2). Такая последовательность реализации неустойчивости азимутальных мод и определяет закономерности дробления заряженных струй в экспериментах. При скоростях струи, сравнимых с критической для реализации аэродинамической неустойчивости, первой теряет устойчивость мода с m=1. Для всех азимутальных мод определены зависимости величин максимальных инкрементов от волновых чисел. Ключевые слова: объемно заряженная струя, капиллярные волны, инкременты.

Журнал технической физики, 89, № 8, с. 1176-1182 (2019) | Рубрика: 08.11

 

Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «Модель мелкомасштабных источников звука в турбулентной дозвуковой струе» Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 185-186 (2019)

Разнообразие моделей источников шума струи, используемых в настоящее время в аэроакустике, свидетельствует о том, что механизм генерации шума в турбулентных струях не ясен до сих пор. Не существует общепринятого ответа на вопрос о том, какая составляющая турбулентности несет ответственность за излучение шума струйных течений. Имеющиеся экспериментальные данные по акустике струй и численные расчеты турбулентных течений являются необходимой базой, но сами по себе не могут дать понимание процессов шумообразования. С этой точки зрения важную роль играет создание низкоуровневых моделей, которые обладают меньшей точностью, но которые позволяют выделить важнейшие факторы, ответственные за излучение звука турбулентностью. В настоящей работе анализ акустического излучения струи опирается на концепцию локального механизма генерации шума квадрупольными источниками. Используемый подход находится в рамках корреляционных теорий источников звука, в котором распространение возмущений описывается детерминированным оператором, а генерация возмущений описывается случайным полем с некоторой эмпирической пространственно-временной корреляционной функцией. Различие используемых в настоящее время корреляционных моделей связано с тем, какие процессы отнесены к генерации возмущений, а какие к их распространению. В настоящей работе выбран оператор распространения, который включает в себя не только звуковые волны в свободном пространстве (аналогия Лайтхилла) и рефракцию акустических возмущений на среднем течении струи (аналогия Голдстейна), но также конвекцию турбулентных возмущений и потерю ими корреляции (концепция синтетической турбулентности Эверта). Включение в оператор распространения максимального числа процессов позволяет минимизировать неопределенность, связанную с эмпирическим моделированием характеристик случайного поля источников и свести эти источники к локальным процессам, имеющим малый пространственный масштаб. Этот подход в совокупности с выбором квадрупольного типа источников позволяет построить простую и эффективную корреляционную модель, позволяющую предсказывать не только мощность звукового излучения струи, но и фазовые характеристики акустического поля. Проводится сравнение модели с акустическими измерениями азимутальных гармоник шума турбулентной струи. Поскольку эти данные содержат ряд характерных особенностей, то они являются хорошей проверкой для разрабатываемых моделей. Для сравнения с экспериментом выбрана низкочастотная часть спектра, поскольку здесь требуется минимальное количество подгоночных параметров. Сравнение показывает хорошее согласие модели с данными измерений трех первых азимутальных гармоник шума струи в дальнем поле в широком диапазоне скоростей струи от 120 до 280 м/с.

Тезисы докладов Шестой открытой Всероссийской (XVIII научно-технической) конференции по аэроакустике (22–27 сентября 2019 г.), с. 185-186 (2019) | Рубрики: 04.11 08.11