Научная статья на тему 'ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СПОСОБА СНИЖЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕАКТИВНОЙ СТРУИ С ПОТОКОМ ВОДЫ МЕТОДОМ ШИРОКОПОЛОСНОГО ШУМА'

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СПОСОБА СНИЖЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕАКТИВНОЙ СТРУИ С ПОТОКОМ ВОДЫ МЕТОДОМ ШИРОКОПОЛОСНОГО ШУМА Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
0
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
сверхзвуковая струя / шум / турбулентность / аэроакустика / ANSYS Fluent / активные методы / численное моделирование / многофазные течения / подача воды / массовый расход / supersonic jet / noise / turbulence / aeroacoustics / ANSYS Fluent / active methods / numerical modeling / multiphase flows / water supply / mass flow

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Пешков Руслан Александрович, Исправникова Олеся Владимировна

В свете прогресса в области аэрокосмической индустрии летательным аппаратам ставятся все более строгие требования относительно уровня шума, что требует разработки эффективных методов его снижения. Прогнозирование уровней акустического шума в большинстве случаев представляет собой сложную задачу, которую можно выявить только в ходе полномасштабного эксперимента. Для сокращения числа экспериментов при исследовании воздействия на множество параметров, изменяющихся в большом диапазоне, можно использовать численное моделирование. Численное моделирование шума имеет высокую актуальность в современном мире, особенно в области аэродинамики и авиации. Это позволяет предсказывать и анализировать шумовые характеристики различных объектов, таких как самолеты, автомобили, вентиляционные системы и др. Такие модели помогают оптимизировать конструкции для снижения шума, улучшения производительности и обеспечения безопасности. Таким образом, численное моделирование шума играет важную роль в различных отраслях и является неотъемлемой частью современных исследований и разработок. В данном исследовании было выяснено, что взаимодействие сверхзвуковой струи с потоком воды является эффективным методом снижения уровня шума. Было проведено моделирование этого процесса с использованием программного пакета ANSYS Fluent. Основные факторы, влияющие на уровень шума, были определены как угол подачи воды, относительное положение коллектора вдоль оси и массовый расход воды. Исследование показало, что наилучшие результаты по снижению шума струи были достигнуты при угле подачи воды 60 градусов и расположении коллектора на расстоянии двух диаметров сопла. Интересно, что варьирование коэффициента массового расхода в пределах исследования практически не оказало влияния на результаты. Это может быть связано с тем, что другие факторы, такие как угол подачи воды и расположение коллектора, имеют более существенное влияние на уровень шума. Таким образом, результаты исследования показывают, что взаимодействие сверхзвуковой струи с потоком воды может быть эффективным методом снижения шума. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение других факторов, которые могут влиять на этот процесс, а также на оптимизацию параметров для достижения еще более значительного снижения шума.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Пешков Руслан Александрович, Исправникова Олеся Владимировна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

NUMERICAL MODELING OF A METHOD FOR REDUCING ACOUSTIC PRESSURE BY MEANS OF INTERACTION OF A JET WITH A WATER FLOW BY THE METHOD OF BROADBAND NOISE

In connection with the development of the aerospace industry, increasingly stringent requirements are imposed on aircraft for the level of permissible noise, so it is necessary to develop effective methods for its reduction. In most cases, acoustic noise levels are difficult to predict and can only be determined through a fullscale experiment, but numerical modeling methods can be used to reduce the number of experiments required when analyzing the effects of a large number of parameters whose values vary over a wide range. Numerical modeling of noise is highly relevant in the modern world, especially in the field of aerodynamics and aviation. It allows you to predict and analyze the noise characteristics of various objects, such as airplanes, cars, ventilation systems and others. Such models help optimize designs to reduce noise, improve productivity and ensure safety. Thus, numerical modeling of noise plays an important role in various industries and is an integral part of modern research and development. In this study, it was found that the interaction of a supersonic jet with a water flow is an effective method for reducing noise levels. This process was simulated using the ANSYS Fluent software package. The main factors influencing the noise level were identified as the water feed angle, the relative position of the collector along the axis and the mass flow rate of water. The study showed that the best results in reducing the jet noise were achieved with a water feed angle of 60 degrees and a collector positioned at a distance of 2 nozzle diameters. Interestingly, varying the mass flow rate coefficient within the study had virtually no effect on the results. This may be due to the fact that other factors, such as the water feed angle and the collector position, have a more significant effect on the noise level. Thus, the results of the study indicate that the interaction of a supersonic jet with a water flow can be an effective method for reducing noise. Further research can be aimed at studying other factors that can influence this process, as well as optimizing the parameters to achieve even more significant noise reduction.

Текст научной работы на тему «ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СПОСОБА СНИЖЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕАКТИВНОЙ СТРУИ С ПОТОКОМ ВОДЫ МЕТОДОМ ШИРОКОПОЛОСНОГО ШУМА»

УДК 533.17+534.2

DOI: 10.15593/2224-9982/2024.77.01

Р.А. Пешков, О.В. Исправникова

Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Российская Федерация

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СПОСОБА СНИЖЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕАКТИВНОЙ СТРУИ С ПОТОКОМ ВОДЫ МЕТОДОМ ШИРОКОПОЛОСНОГО ШУМА

В свете прогресса в области аэрокосмической индустрии летательным аппаратам ставятся все более строгие требования относительно уровня шума, что требует разработки эффективных методов его снижения. Прогнозирование уровней акустического шума в большинстве случаев представляет собой сложную задачу, которую можно выявить только в ходе полномасштабного эксперимента. Для сокращения числа экспериментов при исследовании воздействия на множество параметров, изменяющихся в большом диапазоне, можно использовать численное моделирование. Численное моделирование шума имеет высокую актуальность в современном мире, особенно в области аэродинамики и авиации. Это позволяет предсказывать и анализировать шумовые характеристики различных объектов, таких как самолеты, автомобили, вентиляционные системы и др. Такие модели помогают оптимизировать конструкции для снижения шума, улучшения производительности и обеспечения безопасности. Таким образом, численное моделирование шума играет важную роль в различных отраслях и является неотъемлемой частью современных исследований и разработок.

В данном исследовании было выяснено, что взаимодействие сверхзвуковой струи с потоком воды является эффективным методом снижения уровня шума. Было проведено моделирование этого процесса с использованием программного пакета ANSYS Fluent.

Основные факторы, влияющие на уровень шума, были определены как угол подачи воды, относительное положение коллектора вдоль оси и массовый расход воды. Исследование показало, что наилучшие результаты по снижению шума струи были достигнуты при угле подачи воды 60 градусов и расположении коллектора на расстоянии двух диаметров сопла. Интересно, что варьирование коэффициента массового расхода в пределах исследования практически не оказало влияния на результаты. Это может быть связано с тем, что другие факторы, такие как угол подачи воды и расположение коллектора, имеют более существенное влияние на уровень шума.

Таким образом, результаты исследования показывают, что взаимодействие сверхзвуковой струи с потоком воды может быть эффективным методом снижения шума. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение других факторов, которые могут влиять на этот процесс, а также на оптимизацию параметров для достижения еще более значительного снижения шума.

Ключевые слова: сверхзвуковая струя, шум, турбулентность, аэроакустика, ANSYS Fluent, активные методы, численное моделирование, многофазные течения, подача воды, массовый расход.

R.A. Peshkov, O.V. Ispravnikova

South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation

NUMERICAL MODELING OF A METHOD FOR REDUCING ACOUSTIC PRESSURE BY MEANS OF INTERACTION OF A JET WITH A WATER FLOW BY THE METHOD OF BROADBAND NOISE

In connection with the development of the aerospace industry, increasingly stringent requirements are imposed on aircraft for the level of permissible noise, so it is necessary to develop effective methods for its reduction. In most cases, acoustic noise levels are difficult to predict and can only be determined through a fullscale experiment, but numerical modeling methods can be used to reduce the number of experiments required when analyzing the effects of a large number of parameters whose values vary over a wide range. Numerical modeling of noise is highly relevant in the modern world, especially in the field of aerodynamics and aviation. It allows you to predict and analyze the noise characteristics of various objects, such as airplanes, cars, ventilation systems and others. Such models help optimize designs to reduce noise, improve productivity and ensure safety. Thus, numerical modeling of noise plays an important role in various industries and is an integral part of modern research and development. In this study, it was found that the interaction of a supersonic jet with a water flow is an effective method for reducing noise levels. This process was simulated using the ANSYS Fluent software package. The main factors influencing the noise level were identified as the water feed angle, the relative position of the collector along the axis and the mass flow rate of water. The study showed that the best results in reducing the jet noise were achieved with a water feed angle of 60 degrees and a collector positioned at a distance of

2 nozzle diameters. Interestingly, varying the mass flow rate coefficient within the study had virtually no effect on the results. This may be due to the fact that other factors, such as the water feed angle and the collector position, have a more significant effect on the noise level. Thus, the results of the study indicate that the interaction of a supersonic jet with a water flow can be an effective method for reducing noise. Further research can be aimed at studying other factors that can influence this process, as well as optimizing the parameters to achieve even more significant noise reduction.

Keywords: supersonic jet, noise, turbulence, aeroacoustics, ANSYS Fluent, active methods, numerical modeling, multiphase flows, water supply, mass flow.

Сверхзвуковая турбулентная струя - это поток газа, движущийся со скоростью, превышающей скорость звука. Такие струи возникают, например, при работе реактивных двигателей или при аэродинамических испытаниях (рис. 1).

Давление в выходном сечении сопла p играет ключевую роль в определении характера истечения струи. Этот параметр связан с давлением в окружающем пространстве px через коэффициент нерасчетности n, который определяется как отношение давления в выходном сечении к давлению в окружающем пространстве. Когда значение коэффициента нерасчетности n равно единице, это означает, что давление в выходном сечении сопла равно давлению в окружающем пространстве. В этом случае струя истечет без изменения своего характера и будет расширяться равномерно. При n < 1 давление в выходном сечении сопла будет ниже, чем в окружающей среде, что приведет к ускорению и сжатию струи до определенного момента, а затем к ее расширению. При n > 1 давление в выходном сечении сопла будет выше, чем в окружающей среде, что приведет к замедлению и расширению струи сразу после выхода из сопла [1].

Рис. 1. Схема течения в недорасширенной струе п > 1 (а); схема течения перерасширенной сверхзвуковой струе п < 1 (б)

Ударно-волновая структура в сверхзвуковой турбулентной струе возникает из-за разницы в скоростях потока газа и скорости звука. Это приводит к образованию ударных волн, которые могут взаимодействовать с турбулентностью потока, усиливая её.

Различные формы неустойчивости в сверхзвуковой турбулентной струе могут возникать из-за неоднородности скорости потока, изменений в температуре или давлении. Эти неустойчивости могут приводить к образованию вихрей, вихревых структур и других турбулентных явлений.

Физико-химические процессы в сверхзвуковой турбулентной струе могут быть связаны с химическими реакциями, изменениями в температуре и давлении газа, а также с образованием конденсации или ионизации в потоке. Эти процессы могут оказывать влияние на теплообмен, химический состав потока и другие параметры.

В целом изучение сверхзвуковых турбулентных струй имеет важное значение для понимания сложных газодинамических процессов, которые могут возникать в таких потоках. Понимание этих процессов позволяет разрабатывать более эффективные реактивные двигатели, улучшать аэродинамические характеристики летательных аппаратов и проводить более точные численные расчёты в газодинамике.

Сверхзвуковые турбулентные струи создают шум, который может достигать высоких значений и представлять опасность как для объектов, так и для людей. На данный момент не все источники шума в гиперзвуковых струях полностью поняты. Считается, что шум включает в себя шум перемешивания, широкополосный ударно-волновой шум и дискретный ударный шум. Широкополосный ударно-волновой шум, который возникает при взаимодействии турбулентных структур со структурой ударных волн, играет важную роль в аэродинамике и акустике. Турбулентное перемешивание струи с окружающей средой приводит к образованию шума смешения, который состоит из двух основных компонентов: акустического излучения от мелкомасштабной турбулентности и излучения от крупномасштабных турбулентных структур [1].

Исследования показывают, что крупномасштабные структуры являются основным источником шума в данном процессе. Эти структуры формируются в результате неустойчивости струйного потока и вызывают колебания в потоке, которые, в свою очередь, приводят к излучению звуковых волн. Мелкомасштабные турбулентные структуры, хотя и создают фоновый шум, играют менее значимую роль в формировании широкополосного ударно-волнового шума.

Таким образом, понимание процессов взаимодействия турбулентных структур со структурой ударных волн имеет важное значение для контроля и снижения уровня шума, который создается в аэродинамических потоках. Дальнейшие исследования в этой области могут привести к разработке новых методов и технологий для сокращения шумовых эффектов в различных инженерных приложениях [1].

В аэроакустике дискретный тон обычно относится к звуковым сигналам, которые имеют четко определенные частоты и могут быть различимы от других звуков. Эти тона могут возникать, например, при взаимодействии воздушных потоков с определенными поверхностями или структурами. В работе Пауэлла было проведено исследование дискретного тона в акустическом излучении сверхзвуковой струи.

В начальный период полета ракеты наблюдаются акустические колебания давления на ее корпусе, вызванные шумом, генерируемым сверхзвуковыми высокотемпературными струями двигателей, взаимодействующими с системами запуска и газоотводными каналами. Эти колебания достигают критических уровней, часто превышающих допустимые значения во время полета [1, 2].

Активные методы (рис. 2-4) снижения шума включают в себя использование специальных технологий и устройств для подавления шума на источнике. Такие методы позволяют снизить уровень шума на ранней стадии его образования, что делает их эффективными в борьбе с шумом.

Пассивные методы снижения шума, в свою очередь, направлены на уменьшение уже существующего шума путем использования звукопоглощающих материалов, изоляции и звукопоглощающих конструкций. Например, для снижения шума в помещениях можно использовать специальные панели из звукопоглощающих материалов, которые поглощают звуковые волны и уменьшают отражение звука.

Использование как активных, так и пассивных методов снижения шума позволяет значительно улучшить условия труда и жизни людей, а также снизить негативное воздействие шума на здоровье. Поэтому разработка эффективных методов снижения шума является важной задачей, которая требует постоянного совершенствования и применения новых технологий [2].

Применение пассивных методов для поглощения звука основано на использовании материалов с высоким коэффициентом поглощения звука. Однако возможны ограничения в конструктивной реализации, что может существенно ограничить область применения этих методов [3].

В разное время проводились эксперименты по снижению шума самолета путем использования различных элементов самолета и эжекторных глушителей шума с звукопоглощающей облицовкой.

Однако, рассмотрев активные и пассивные методы, можно прийти к выводу, что оптимальным вариантом снижения шума является сочетание обоих методов.

Рис. 2. Активные методы снижения уровня шума: а - минидефлекторы, б - шевроны

Рис. 3. Активные методы снижения уровня шума - вдув коаксиального потока

Рис. 4. Активные методы снижения уровня шума - установки для инжекции воды

После анализа различных методов снижения шума обнаружено, что они в основном предназначены для авиации и большинство не подходит для снижения шума струи, создаваемой двигательной установкой ракеты-носителя (РН). Так, для ракетной техники одной из главных задач является снижение акустического нагружения головной части РН. Акустический шум при старте РН достигает больших значений, превышая показания шума в полете [4]. Поэтому в ракетной технике основное внимание уделяется проблеме снижения акустического воздействия при запуске ракетно-космического аппарата [4]. Из-за ограниченного времени воздействия звука изменения в конструкции ракетного двигателя нецелесообразны. Более эффективным решением будет установка системы для снижения шума на площадке запуска, такой как система впрыска воды в струи ракетного двигателя. Есть множество исследований этого способа снижения акустического давления, одно из первых исследование [5] показало, что

впрыскивание 3300 л воды в минуту при давлении 7 атм позволяет снизить уровень звукового давления на 6 дБ за счет уменьшения низкочастотной составляющей.

Большинство исследований проводятся экспериментально, но также важно использовать математическое моделирование для анализа взаимодействия сверхзвуковой струи газа с потоками воды и стартовой площадкой [6]. Существуют два основных подхода в современной вычислительной аэроакустике: прямое моделирование и интегральные методы. В исследовании использовался метод широкополосного шума, относящийся к прямому моделированию, для выполнения вычислительных расчетов.

В дополнение к выбору метода расчета акустического шума требуется также выбрать метод моделирования двухфазных течений, которые включают газ и жидкость. На сегодняшний день есть два метода численного расчета многофазных течений - Эйлера - Лагранжа и Эйлера - Эйлера.

Многие приложения для численного моделирования рассчитывают как однофазные потоки, так и двухфазные. Лидером для моделирования многофазного взаимодействия среди них является ANSYS Fluent. Модели ANSYS Fluent могут помочь определить связь между несколькими фазами потока.

В ANSYS Fluent существует три различных модели для моделирования многофазных взаимодействий: модель объема жидкости (VOF), модель Эйлера и модель смеси [6].

Модель кинетики слоистых поверхностей (VOF) используется для моделирования разделения фаз и динамики поверхностей раздела между двумя жидкостями или жидкостью и газом.

Модель эйлеровского подхода позволяет моделировать движение двух фаз как непрерывное смешивание, без явного отслеживания границы между фазами.

Модель смеси (mixture model) в Ansys Fluent используется для моделирования двух или более фаз, которые перемешиваются внутри одной вычислительной ячейки. Эта модель позволяет учитывать взаимодействие между фазами, их перемешивание и перенос массы. Модель смеси широко применяется в задачах, где необходимо моделировать сложные физические процессы, такие как сжигание топлива, реакции в реакторах, аэрации жидкостей и др. Она позволяет учесть влияние различных фаз на течение и обмен массой между ними, что делает ее мощным инструментом для моделирования многофазных потоков в Ansys Fluent.

При моделировании многофазного течения в ANSYS Fluent выбрана модель смеси, которая может быть хорошей альтернативой полной Эйлеровой многофазной модели в некоторых случаях. Полная многофазная модель может быть неприменимой, когда присутствует широкое распространение твердых частиц или когда законы взаимодействия между фазами неизвестны или их надежность вызывает сомнения. Модель смеси может функционировать аналогично полной многофазной модели, однако при этом решается меньшее количество переменных [6].

Объект исследования

При анализе влияния параметров подачи воды на уровень снижения шума струи с помощью метода широкополосного шума для дозвуковой холодной струи в качестве исходной модели взята геометрия показанная на рис. 5 [7]. Проведен анализ эффективности снижения акустических нагрузок при значениях угла подачи воды а = 0° и а = 60°.

Моделирование проводилось в осесимметричной (Axisymmetric) стационарной (Steady) постановке [6] с использованием сеточной модели, построенной в автоматическом режиме для расчетной области, размер которой составляет: 50D в j-направлении и 100D в х-направлении, где D - диаметр сопла [7].

Для проведения расчетов был использован программный комплекс ANSYS Fluent. Для решения задачи выбран метод, основанный на уравнении для давления (Pressure-Based) и модели турбулентности k-s. На входе в сопло (inlet) были установлены граничные условия для давления и температуры, обеспечивающие число Маха, равное 0,882, а также необходимые параметры турбулентности. На границе выходного сечения (outlet) задано значение давления в невозмущенной среде. Стенка (wall) считалась адиабатной. Дополнительно в настройках

решателя подключается Multiphase, и на входе (inlet2) задавались параметры подачи воды (давление и массовый расход). Схема дискретизации - First Order Upwind (первого порядка точности вверх по потоку). Применение именно этой схемы приводит к более быстрой сходимости итерационного процесса [6]. Схема интерполяции уравнения - стандартная (Standard), так как она подходит при плавном изменении давления между ячейками расчётной области. Применялась связанная схема «давление - скорость» в качестве алгоритма связывания полей скорости и давления для обеспечения стабильного решения [6].

Рис. 5. 2D-модель сужающегося сопла и расчетной области

Численное исследование влияния угла подачи воды

Анализ показывает (рис. 6), что подача воды под углом 60° эффективнее воздействует на акустическое давление в присопловой области, снижая его на 7 дБ, чем подача воды под углом 0°, где снижение составляет 4 дБ. Во многих работах, в которых анализировалось влияние параметров подачи воды на уровень снижения акустического шума [5, 8, 9], также подтверждается, что подача воды при угле 60° является наиболее распространённой и эффективной. Так, при подаче воды под углом 0°, в большей степени происходит понижение акустического шума в дальних участках рабочей струи.

2 3 4 5 6 Расстояние вдоль осп, м

б

Рис. 6. График сравнения шума без инжекции воды в струи и при инжекции при углах 0° и 60°: а - дозвуковая струя; б - сверхзвуковая струя

а

Таким образом, можно сделать вывод, что выбор угла подачи воды имеет важное значение для снижения уровня шума струи. Угол 60° демонстрирует более значительный эффект в снижении шума, что может быть полезно при проектировании.

Численное исследование влияния расположения коллектора для подачи

воды в осевом направлении

В ходе исследования было выявлено, что изменение расположения коллектора для подачи воды вдоль оси сверхзвуковой струи имеет существенное влияние на уровень шума. Особенно значимым оказалось центральное расположение коллектора при значении Х/В = 2, где X - расстояние от центра струи до коллектора, В - диаметр струи.

Эксперименты показали (рис. 7), что при таком расположении коллектора акустическое давление уменьшается на 6,9 дБ при подаче воды под углом 60°. Это означает, что оптимальное расположение коллектора позволяет значительно снизить уровень шума, что является важным фактором при проектировании и эксплуатации сверхзвуковых струй.

При других точках, Х/В = 6 и Х/В = 10, также наблюдается снижение уровня акустического давления, хоть и не такое значительное, как при Х/В = 2 (рис. 7, б). Таким образом, оптимальное расположение коллектора для подачи воды вдоль оси и угол подачи воды играют важную роль в уменьшении уровня шума сверхзвуковой струи. Оптимальный выбор параметров может привести к значительному снижению шумового загрязнения в окружающей среде.

0 2 4 6 802468

Расстояние вдоль оси, м Расстояние вдоль осп, м

а б

Рис. 7. Акустический шум при перемещении коллектора вдоль оси:

а - а = 0°; б - а = 60°

Численное исследование влияния массового потребления воды через эксперимент

Так как в обоих случаях наилучший результат зафиксирован при положении коллектора на расстоянии Х/В = 2, именно это положение бралось для проверки влияния массового расхода воды на эффективность снижения шума. Массовый расход Qm, кг/с, можно рассчитать по формуле

Qm =РЮ,

где р - плотность, кг/м3;

V - средняя скорость потока, м/с; 5 - площадь сечения потока, м2.

Для численного моделирования использовалась величина массового расхода Qm = 8,1 кг/с. Исследование влияния уровня уменьшения шума проводилось при различных значениях численного коэффициента массового расхода воды: MFR = 2, MFR = 6, MFR = 8.

На рис. 8 показано, что при изменении угла направления потока воды от 0° до 60° при коэффициенте массового расхода MFR = 2 наблюдалось снижение уровня шума на 5,2 и 6,9 дБ соответственно. Для значений MFR = 6 и MFR = 8 снижение шума составило 3,6 и 1,8 дБ при угле 0°, и 6,7 и 6,3 дБ при угле 60°. Результаты показывают, что при стандартном расходе воды эффект снижения шума наблюдается как при угле 0°, так и при угле 60°. Таким образом, можно сделать вывод, что увеличение расхода воды в случае, когда она подается под углом 60°, несильно влияет на снижение акустического давления.

Расстояние вдоль с б

Рис. 8. Акустический шум при изменении расхода воды:

а - а = 0°; б - а = 60°

а

После анализа данных, полученных при косвенном сравнении с другим исследованием [10], были сделаны значимые выводы. Было обнаружено, что численные эксперименты показали примерно одинаковое снижение уровня шума (~3-6 дБ) независимо от различий в геометрии. Это было достигнуто путем применения метода снижения шума с использованием воды в газовой струе. Параметры водной струи, такие как количество воды и место ввода, были подобраны сходными образом, что привело к схожим результатам.

Заключение

В данной статье акцентируется важность выводов, полученных путем косвенного сравнения с результатами эксперимента, и их вклад в расширение научного понимания. Предложенный метод представляет собой дополнительное средство, способствующее более глубокому и объективному анализу экспериментальных данных. В дальнейшем рекомендуется провести более подробное исследование точности и достоверности результатов косвенного сравнения, а также провести сравнение с результатами прямых экспериментов.

Библиографический список

1. Акимов, Г.А. Научно-педагогическая школа кафедры аэрогазодинамики и динамики полета / Г.А. Акимов; под ред. В.Н. Ускова. - СПб., 2012. - 220 с.

2. Экспериментальное определение акустических нагрузок при пусках РН «Стрела» и расчетное определение режимов экспериментальной отработки выводимых космических аппаратов / П.Я. Носатен-ко, А.В. Бобров, М.Л. Баранов, А.Н. Шляпников // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2010. - № 2. - С. 112-123.

3. Попов, П.А. Конструктивные мероприятия по снижению акустического давления внутри изделий ракетно-космической техники / П.А. Попов, А.А. Синдюков // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2014. - Т. 43, № 1 - С. 68-79.

4. Васильев, В.А. О классификации компьютерных программ [Электронный ресурс] / В.А. Васильев, М.А. Калмыкова // Современные научные исследования и инновации. - 2013. - № 2. - URL: https://web.snauka.ru/issues/2013/02/20478 (дата обращения: 11.04.2022).

5. Kurbjun, M. Limited investigation of noise suppression by injection of water into exhaust of afteburn-ing jet engine / M. Kurbjun // NASA RM L57L05. - 1958. - P. 1-16.

6. FLUENT 12.0 Theory Guide [Электронный ресурс]. - URL: https://www.afs.enea.it/project/nep-tunius/docs/fluent/html/th/main_pre.htm (дата обращения: 11.04.2022).

7. Грязев, В.М. Моделирование шума реактивных струй на основе уравнений RANS / В.М. Грязев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2016. - № 12. - С. 311-321.

8. Norum, T.D. Reduction in multi component jet noise by water injection / T.D. Norum // AIAA Paper. -2004. - № 2976.

9. Turbulence and noise suppression of a high-speed jet by water injection / A. Krothapalli, L. Venka-takrishnan, L. Lourenco [et al.] // Journal of Fluid Mechanics. - 2003. - Vol. 491, № 2004-2976. - P. 131-159.

10. Sankaran S. Suppression of high mach number rocket jet noise by water injection / S. Sankaran, J.K. Ignatius, R. Ramkumar [et al.] // Journal of Spacecraft and Rocket. - 2009. - Vol. 46, № 26. - P. 1164-1170.

References

1. Akimov G.A. Scientific and pedagogical school of the department of aerogasdynamics and flight dynamics / G.A. Akimov; edited by V.N. Uskov. - St. Petersburg, 2012. - 220 p.

2. Nosatenko P. Ya. Experimental determination of acoustic loads during launches of the Strela launch vehicle and calculation of experimental testing modes of the launched spacecraft / P. Ya. Nosatenko, A.V. Bobrov, M.L. Baranov, A.N. Shlyapnikov // Bulletin of the Samara State Aerospace University. - 2010. - No. 2. - P. 112-123. 3. Popov P.A. Structural measures to reduce acoustic pressure inside rocket and space technology products / P.A. Popov, A.A. Sindyukov // Bulletin of the Samara State Aerospace University. - 2014. - Vol. 43, No. 1 - P. 68-79.

4. Vasiliev V.A., Kalmykova M.A. On the classification of computer programs // Modern scientific research and innovation. 2013. No. 2 [Electronic resource]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2013/02/20478 (Accessed April 2022)

5. Kurbjun M. Limited investigation of noise suppression by injection of water into exhaust of afterburning jet engine // NASA RM L57L05. - 1958. - P. 1-16.

6. FLUENT 12.0 Theory Guide [Electronic resource]. URL: https://www.afs.enea.it/project/neptunius/ docs/fluent/html/th/main_pre.htm

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Gryazev V.M. Modeling of jet noise based on RANS equations // Bulletin of Tula State University. Technical sciences. - 2016. - No. 12. - P. 311-321.

8. Norum T.D. Reduction in multi component jet noise by water injection // AIAA Pa-per. - 2004. - No. 2976.

9. Krothapalli A. Turbulence and noise suppression of a high-speed jet by water in-jection / A. Krotha-palli, L. Venkatakrishnan, L. Lourenco [et al] // Journal of Fluid Mechan-ics. - 2003. - Vol. 491. - No. 20042976. - P. 131-159.

10. Sankaran S. Suppression of high mach number rocket jet noise by water injection / S. Sankaran, J.K. Ignatius, R. Ramkumar [et al] // Journal of Spacecraft and Rocket. - 2009. - Vol. 46. - № 26. - P. 1164-1170.

Об авторах

Пешков Руслан Александрович (Челябинск, Российская Федерация) - кандидат технических наук, заведующий научной лабораторией «Ракеты-носители, космические и беспилотные летательные аппараты», Политехнический институт Южно-Уральского государственного университета (454080, Челябинск, пр. Ленина, 76, ORCID: 0000-0002-2063-2107, SPIN-код РИНЦ 655336, Scopus Author ID 57212526560, e-mail: peshkovra@susu.ru).

Исправникова Олеся Владимировна (Челябинск, Российская Федерация) - инженер-конструктор научной лаборатории «Ракеты-носители, космические и беспилотные летательные аппараты», Политехнический институт Южно-Уральского государственного университета (454080, Челябинск, пр. Ленина, 76, Author ID: 1174035, SPIN-код 2245-3073, e-mail: ispravnikova.2000@mail.ru).

About the authors

Ruslan A. Peshkov (Chelyabinsk, Russian Federation) - PhD in Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Laboratory "Launch vehicles, spacecraft and unmanned aerial vehicles", Polytechnic Institute of South Ural State University (76, Lenin av., Chelyabinsk, 454080, ORCID: 0000-0002-2063-2107, SPIN code RINC655336, Scopus Author ID 57212526560, e-mail: peshkovra@susu.ru).

Olesya V. Ispravnikova (Chelyabinsk, Russian Federation) - Engineer-Constructor of the Scientific Laboratory "Launch vehicles, spacecraft and unmanned aerial vehicles", Polytechnic Institute of South Ural State University (76, Lenin av., Chelyabinsk, 454080, Author ID: 1174035, SPIN-код 2245-3073, e-mail: ispravnikova.2000@mail.ru).

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов. Все авторы сделали равный вклад в подготовку публикации.

Поступила: 27.03.2024

Одобрена: 29.03.2024

Принята к публикации: 18.06.2024

Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом: Пешков, Р.А. Численное моделирование способа снижения акустического давления при помощи взаимодействия реактивной струи с потоком воды методом широкополосного шума / Р.А. Пешков, О.В. Исправникова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. - 2024. - № 77. -С. 5-14. DOI: 10.15593/2224-9982/2024.77.01

Please cite this article in English as: Peshkov R.A., Ispravnikova O.V. Numerical modeling of a method for reducing acoustic pressure by means of interaction of a jet with a water flow by the method of broadband noise. PNRPU Aerospace Engineering Bulletin, 2024, no. 77, pp. 5-14. DOI: 10.15593/2224-9982/2024.77.01

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.