Научная статья на тему 'Влияние акустических возмущений на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный'

Влияние акустических возмущений на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
384
94
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Ученые записки ЦАГИ
ВАК
Область наук

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Власов Е. В., Гиневский А. С.

Излагаются результаты экспериментального исследования влияния распространяющихся вдоль потока звуковых колебаний различной интенсивности и частоты на турбулентность внешнего потока и на переход в пограничном слое. Показано, что при достаточно больших интенсивностях звука степень турбулентности продольных пульсаций скорости резко возрастает, в то время как степень турбулентности поперечных составляющих пульсаций скорости остается практически неизменной. Отмечено, что механизм вынужденного перехода под действием звуковых колебаний может быть двояким: при очень интенсивном сигнале, независимо от частоты, переход вызывается повышенной турбулентностью внешнего потока; при сравнительно слабом сигнале, но вполне определенных частотах переход вызывается резонансными явлениями, т. е. взаимодействием звуковых волн и волн Толмина Шлихтинга в пограничном слое.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Власов Е. В., Гиневский А. С.

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

Текст научной работы на тему «Влияние акустических возмущений на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И ТомИ 197 1

№ 2

УДК 532.526.011.6:534.2

ВЛИЯНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ НА ПЕРЕХОД ЛАМИНАРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ

В ТУРБУЛЕНТНЫЙ

Е. В. Власов, А. С. Гиневский

Излагаются результаты экспериментального исследования влияния распространяющихся вдоль потока звуковых колебаний различной интенсивности и частоты на турбулентность внешнего потока и на переход в пограничном слое. Показано, что при достаточно больших интенсивностях звука степень турбулентности продольных пульсаций скорости резко возрастает, в то время как степень турбулентности поперечных составляющих пульсаций скорости остается практически неизменной. Отмечено, что механизм вынужденного перехода под действием звуковых колебаний может быть двояким: при очень интенсивном сигнале, независимо от частоты, переход -

вызывается повышенной турбулентност.ью внешнего потока; при сравнительно слабом сигнале, но вполне определенных частотах переход вызывается резонансными явлениями, т. е. взаимодействием звуковых волн и волн Толмина — Шлихтинга в пограничном слое.

Изучение влияния шума различной интенсивности и частоты на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный представляет большой научный и практический интерес. Проведенные исследования [1—5] позволили выявить некоторые особенности этого влияния. Так, в работе [2] показано, что переход существенным образом зависит от энергии и спектра акустических возмущений. Влияние акустических возмущений на переход становится особенно существенным при малых значениях начальной турбулентности внешнего потока. В работе [1] было показано, что максимальные значения критического числа Рейнольдса при степени турбулентности внешнего потока е<0,1% оказались равными Ие* = 4,9-106. В то же время в классическом исследовании Щубау-эра и Скрэмстеда [6] при той же степени турбулентности максимальная величина критического числа Рейнольдса достигала Ие* = = 2,8-106. Как указывается в работе [2], заниженные значения критического числа Рейнольдса в опытах Шубауэра и Скрэмстеда при малых значениях степени турбулентности потока обусловлены акустическими возмущениями (шум вентилятора трубы и силового агрегата), явившимися заметным источником пульсаций скорости

(при е<0,05% й спектре возмущений около 90% полной энергии возмущений приходилось на пульсации акустической природы).

Ряд интересных выводов о влиянии звука различной интенсивности и частоты на переход при искусственной ламинаризации пограничного слоя путем отсоса получен в работе [3], где, в частности, рассмотрены случаи распространения звука в направлении потока или же поперек потока.

В работе [4] изучены последовательные стадии естественного и вынужденного (под действием звука) перехода пограничного слоя. Исследование проведено при помощи термоанемометра и скоростной киносъемки дымовых струек. Показано, что если частота звука близка к частоте волн Толмина — Шлихтинга, то область перехода смещается вверх по потоку и существенным образом изменяется картина перехода. Полученные в указанной работе выводы содержат в основном качественную оценку. Наконец, в работе [5] исследовано влияние излучения звука на течение около критической точки у передней кромки продольно обтекаемой пластины; при этом звук распространялся в направлении, перпендикулярном потоку. Оказалось, что в этом случае в зависимости от числа Рейнольдса и частоты возможны как порождение, так и подавление турбулентности, т. е. такого рода звуковые возмущения могут либо ускорить переход, либо, наоборот, затянуть его. Такой же двойственный характер воздействия акустических возмущений на закономерности распространения затопленных струй был обнаружен авторами [7] и затем подтвержден в ряде других работ.

Целью настоящей работы является исследование влияния распространяющихся вдоль потока звуковых колебаний различной интенсивности и частоты на турбулентность внешнего потока и на переход пограничного слоя.

Экспериментальная установка. Методика эксперимента. Эксперименты проводились в аэродинамической трубе при скоростях потока, не превышавших 25 м/сек. Эта труба незамкнутого типа, с закрытой рабочей частью, имеющей квадратное сечение (100 X X Ю0 мм), длиной 950 мм. Воздух засасывался в трубу вентилятором, проходил через входной коллектор с хонейкомбом и сетками, сопло с 25-кратным поджатием и попадал в рабочую часть. Акустическое поле создавалось динамиком с диффузором, установленным перед входным коллектором. Акустическая мощность динамика составляла примерно 0,5 вт при излучении чистого тона частотой /= 1000 гц. Источником сигнала, подаваемого на динамик, являлся генератор чистого тона или генератор белого шума. Использовались также частотные полосовые фильтры с постоянной относительной шириной полосы пропускания в 1/3 и 1 октаву. Динамик с диффузором располагался на таком расстоянии от входного коллектора, чтобы поле скоростей и интенсивность турбулентности во входном сечении рабочей части по возможности меньше искажались.

Средние скорости и три компонента пульсационной скорости измерялись с помощью комплекта термоанемометрической аппаратуры фирмы Диза Электроник. Для спектрального анализа использовался 1/3-октавный анализатор фирмы Брюль и Кьер. Полученные данные затем пересчитывались на полосы шириной в 1 гц. При отсутствии потока в трубе с помощью конденсаторного микрофона типа 4135 фирмы Брюль и Кьер измерялось акустическое давление вдоль и поперек рабочей части трубы. В дальнейшем постоянство

интенсивности силы звука в рабочей части трубы контролировалось путем измерения напряжения электрического тока, подаваемого на динамик, при его фиксированном положении относительно входного коллектора. Для контроля постоянства скорости потока в трубе измерялось и поддерживалось постоянным разрежение во входном сечении рабочей части. '

В рабочей части трубы на расстоянии 60 мм от верхней стенки устанавливалась деревянная полированная пластина толщиной 10 мм с закругленной передней кромкой (эллипс с отношением осей 5:1) и размахом, равным 100 мм. При этом плоскость пластины была параллельна направлению потока, а ее торцы упирались в боковые стенки рабочей части трубы. Поверхность пластины была достаточно гладкой: максимальные неровности поверхности, измеренные с помощью профилографа, не превышали 2 мк. Пластина была дренирована, дренажные отверстия с шагом 25—50 мм располагались на верхней ее поверхности на расстоянии 10 мм от середины пластины, штуцера выводились вниз, от них по резиновым трубкам давление передавалось на многоточечный переключатель и далее на микроманометр. Измерения распределения давления вдоль пластины показали наличие небольшого отрицательного продольного градиента давления, обусловленного нарастанием пограничного слоя на самой пластине и на стенках рабочей части трубы [йр!(1х = — 0,3 м~х, р = (р — р<х) / '/г р V»].

В верхней стенке рабочей части трубы была сделана продольная прорезь, закрываемая скользящей планкой. Это позволяло с помощью микротрубки полного давления или однониточного термоанемометрического насадка измерять полное давление или продольную составляющую пульсации скорости вдоль пластины на фиксированном расстоянии от поверхности. Расстояние фиксировалось с помощью пружинного устройства. Указанные измерения использовались для определения местоположения переходной области в пограничном слое пластины. Кроме того, с помощью микро-координатников, закрепленных на скользящей планке, пневмомет-рических и термоанемометрических насадков измерялись средняя скорость и интенсивность турбулентности в пограничном слое, а также вне его. Контрольные измерения в пограничном слое вдоль размаха пластины (на расстоянии +25 мм от плоскости симметрии) показали, что на расстояниях до 300 мм от передней кромки его можно считать двумерным.

Для измерения местного коэффициента поверхностного трения использовались трубки Престона. Конфигурация зоны перехода на пластине определялась по интенсивности испарения метилового эфира, нанесенного на каолиновое покрытие пластины.

Измерения распределения уровней звукового давления вдоль оси рабочей части при излучении динамиком звука чистого тона, а также звука в 1/3-октавных, октавных полосах частот и белого шума показали, что по мере расширения диапазона частот излучаемого звука неравномерность интенсивности звука вдоль канала уменьшается. Неравномерность распределения звуковой энергии в различных поперечных сечениях рабочей части трубы не превышала 3—5 дб для излучения звука чистого тона и 1—2 дб для излучения звука в октавных полосах частот.

з

Влияние акустических возмущений на изотропную турбулентность. Прежде всего представляло интерес исследование воздействия звуковых колебаний на турбулентность потока вне пограничного слоя. Ниже излагаются основные результаты этого исследования.

Измерения интенсивности турбулентности трех компонентов пульсационной скорости и соответствующих спектров при отсутствии звуковых возмущений показали, что эти характеристики остаются практически неизменными вдоль по потоку. На фиг. 1 представлены спектры трех компонентов пульсационной скорости

на одном и том же удалении от входного сечения рабочей части. Оказывается, что значения интенсивности турбулентности всех трех компонентов пульсационной скорости — продольного и' и двух поперечных V' и чю’ — практически одинаковы и составляют ^ ^ 0,3%. Величины одноточеч-

а) при отсутствии звукового сигнала:

1 ~ діи “ 20 18 : 2 — = 20 '8 <»//“е) :

3 — — 20 їй (иу/и;;), где ир гу, ау—средне-

квадратичные величины пульсаций скорости на частоте /; «5; — суммарная среднеквадратичная величина продольных пульсаций б) при Ь — 130 дб, f = 800 гц:

і — ма = 201г (м^/ило): 2—діг,=20 іг (гу/ыа0);

3 — М = 20 1й (щу/иэд). где «їо — суммарная среднеквадратичная величина продольных пульсаций при отсутствии звукового сигнала.

Фиг. 1. Спектры пульсаций скорости во внешнем потоке при скорости Уд,, = 15 м/сек; х = 370 мм

'100 ПО 120 130 т 1[д5]

Фиг. 2. Влияние интенсивности и частоты звука на степень турбулентности трех компонентов пульсационной скорости во

внешнем потоке при =

= 15 м/сек и .* = 327 мм

ных коэффициентов корреляции между продольной и одной из двух поперечных составляющих пульсаций скорости оказались близкими к нулю.

Совпадение значений интенсивности турбулентности трех компонентов пульсационной скорости, совпадение их спектров и равенство нулю одноточечных коэффициентов корреляции на всем протяжении рабочей части трубы позволяет утверждать, что турбулентность в рабочей части трубы была практически изотропной и однородной.

При воздействий распространяющихся вдоль потока звуковых колебаний достаточно большой интенсивности резко возрастает интенсивность турбулентности продольной составляющей скорости, в то же время интенсивность турбулентности двух поперечных составляющих пульсационной скорости остается практически неизменной (фиг. 2).

Результаты спектрального анализа (фиг. 1, нижние кривые) также показывают, что наложение звукового сигнала определенной частоты приводит к увеличению продольной составляющей пульсаций скорости именно на этой частоте (или ее гармониках) и в гораздо меньшей степени отражается на поперечных составляющих пульсаций скорости. При достаточно больших уровнях звукового сигнала общая интенсивность турбулентности продольной составляющей пульсаций скорости полностью определяется пульсациями скорости на частоте наложенного сигнала. С ростом скорости потока влияние звуковых возмущений на интенсивность турбулентности продольной составляющей пульсационной скорости ослабевает, причем £„ уменьшается обратно пропорционально скорости потока. Таким образом, генерирование пульсаций скорости звуковыми возмущениями происходило в плоской волне.

Первоначально изотропная турбулентность под действием распространяющихся вдоль по потоку звуковых колебаний становится неизотропной; при достаточно больших интенсивностях звука степень турбулентности £и резко возрастает, причем вдоль по потоку на участке протяженностью 500 мм характер турбулентности остается практически неизменным.

Влияние акустических возмущений на характеристики ламинарного пограничного слоя и его переход в турбулентный. Переходная область в плоскости симметрии пластины располагалась в пределах рабочей части трубы, на расстоянии 300—500 мм от передней кромки пластины. Это иллюстрируется представленными на фиг. 3,а зависимостями интенсивности пульсаций продольной составляющей скорости на фиксированном расстоянии от поверхности пластины _у0 = 0,3 мм в функции продольной координаты и скорости потока при отсутствии звуковых возмущений. Указанные зависимости позволяют определить начало и протяженность области перехода. Так, например, при скорости 1/оо =15 м/сек переход начинается приблизительно при л: ^300 мм и заканчивается при л; ^ 400 -г- 500 мм, что соответствует критическому числу Рейнольдса Ие* ==■ УосХ/ч^0,4-106. Заниженное значение критического числа Рейнольдса (при степени турбулентности внешнего потока 0,3%) обусловлено влиянием концевых эффектов, т. е. смыканием турбулентных клиньев, образующихся в местах стыка передней кромки пластины с боковыми стенками трубы. Об этом, в частности, свидетельствует фотография картины перехода, полученная методом каолинового покрытия (фиг. 3, г).

На фиг. 4 представлены профили средней скорости и продольной составляющей пульсационной скорости в пограничном слое. Изменение этих профилей находится в удовлетворительном соответствии с указанными на фиг. 3 границами переходной области. На основе измеренных профилей скорости были рассчитаны значения условных толщин пограничного слоя — толщины вытеснения 8*, толщины потери импульса 8** и их отношения // = §*/8**.

Из полученных результатов следует, что с удалением от передней кромки пластины уменьшается параметр Н\ вблизи носка

}6

10

[О/о] а) о ; О/ • 3

Ъ 1 • 2 <»3 Ф ц. О 5 И" Г

6) > 7

Л) (4-

/ пГ

у ° / а 2

Фиг. 4. Профили средней скорости и интенсивности турбулентности продольной составляющей пульсационной скорости в пограничном слое (1^=15 м/сек) при отсутствии (я) и наличии (б) звуковых возмущений 1=130 дб, /ср = 800 гц в октавной полосе частот

а) изменение интенсивности пульсаций

продольной скорости вдоль оси на фиксированном расстоянии от поверхности пластины у0 = 0,3 мм при отсутствии звукового сигнала: 1 — У^ — 7,5 м\сек,

2 — 15 м\сек, 3 — У'оо = 24 м\сек\

б) при воздействии звука: / — £ = 130 дб

и / = 800 гц, 2 - I = 130 дб и / =

=200 гц, 3—£ = 140 дб и / = 200 гц, 4—

белый шум, Ь = 126 дб, 5— при отсутствии звукового сигнала;

в) влияние акустических возмущений, на местный коэффициент трения при скорости = 15 м!сек: 1 — при отсутствии звукового сигнала, 2 — при воздействии звука интенсивностью X. = 130 дб и частотой / = 800 гц, 3 — расчетное значение су для ламинарного пограничного слоя, 4 — расчетное значение су для турбулентного пограничного слоя;

г) визуальная картина перехода на пластине при отсутствии звуковых возмущений (1) и при воздействии звука (2) интенсивностью Ь = 130 дб и частотой

/ = 800 гц. Скорость У^ = 15 м{сек.

Фиг. 3. Картина перехода на пластине при отсутствии звуковых возмущений и при воздействии звука

пластины 2,5, а в конце переходного участка этот параметр принимает значение Н % 1,5.

Дополнительную информацию о характеристиках пограничного слоя в переходной области можно получить при рассмотрении спектров пульсаций продольной скорости в пограничном слое вблизи поверхности пластины и в свободном потоке. Оказывается, что эти спектры в ламинарном пограничном слое и в свободном потоке отличаются незначительно, т. е. пульсации скорости внутри ламинарного слоя обусловлены, главным образом, пульсациями скорости потока вне пограничного слоя. В переходной области и в области развитого турбулентного пограничного слоя отличие спектров внутри и вне слоя становится весьма существенным. Изменение спектров продольных пульсаций скорости на фиксирован-

а) при отсутствии збукового сигнала: / —дг==І00 мм, ей=1,52%; 2-х = 250 мм, &и = 2,03%; 3~х=300 мм, ем=2,96%* 4-хг=350 мм, еи=8,23%; 5-х—500 мм,

б) при наличии звукового сигнала 1=126 дб, /«■800 гц; 1-лг=150 мм, ви=2,73%; 2—х-250 мм,

ей = 8,20%; 5—.г=г400 мм, в^=9,07%;

в) при наличии звукового сигнала 1 — 120 дб, /= = 1600 гц, 1—х= 150 мм, ек = 1,3396; 2—лт=250 ж-м, Вц= =1.7696; 3-х=300 мм, єи=3,08%; 4-х=350 лл,

=9,90%; 5—*=400 мм, еи= 12,30%.

Фиг. 5. Спектры пульсаций продольной составляющей скорости на фиксированном расстоянии от пластины _у0 = 0,3 мм = 15 м/сек)

ном расстоянии от пластины у0 =

= 0,3 мм в ламинарной, переходной и турбулентной областях пограничного слоя вдоль пластины показано на фиг. 5, а.

На основе выполненных измерений были построены зависимости интенсивности пульсаций продольной скорости еи в функции л: на фиксированном расстоянии от поверхности (_у0?=;0,3 мм) для широкого диапазона уровней силы звука L и частот / (чистый тон,

1/3 — октава, октава) при скоростях 1/оо = 7,5-ь 24 м\сек, а также для случая воздействия белого шума различной интенсивности.

Некоторые из этих зависимостей представлены на фиг. 3*. Из этих зависимостей следует, что воздействие звука ускоряет наступление перехода пограничного слоя лишь при определенных условиях.

Для этого требуется, чтобы звуковые возмущения имели вполне определенные частоты и достаточно большие интенсивности.Так, например, при скорости Vos —15 м/сек и L — 110 и 115 дб звуковые возмущения не влияли на переход, при L = 120 и 125 дб такое влияние обнаруживалось лишь на частоте/=800 гц, при L — 130 и 135 дб влияние звуковых возмущений на переход имело место при/=200, 400 и 800 гц, наконец, при L — 140 дб переход ускорялся уже при /= 100 гц.

* Необходимо отметить, что максимальные значения интенсивности пульсаций скорости при прочих равных условиях несколько различаются для разных серий опытов, что обусловлено неодинаковыми фиксированными расстояниями _у0 в разных опытах.

Здесь следует отметить два важных обстоятельства. Во-первых, характер воздействия звука заданной интенсивности на переход мало зависит от ширины полосы пропускания (чистый тон, 1/3 — октава, октава). Во-вторых, белый шум при L < 120 дб не влияет на переход. Однако при достижении определенной величины уровня силы звука воздействие белого шума также ускоряет переход. Соответствующий результат для L '== 126 дб представлен на фиг. 3, б.

На фиг. 3, в представлены также местные коэффициенты поверхностного трения, определенные с помощью трубок Престона. Кривые Cf{x) хорошо согласуются с данными термоанемометриче-ских измерений в переходной области и свидетельствуют об отчетливом влиянии звуковых возмущений на местный коэффициент поверхностного трения. Как показано на фиг. 3, в, расчетные значения местного коэффициента поверхностного трения на режимах чисто ламинарного и турбулентного течения близки к соответствующим экспериментальным значениям cf.

Измерения профилей средней и пульсационной скорости в пограничном слое при наличии звукового воздействия показали, что в тех случаях, когда звук вызывает преждевременный переход, происходит заметная деформация профилей средней и пульсационной скорости (см. фиг. 4) и изменяются интегральные характеристики пограничного слоя.

Полученные выше выводы находят дальнейшее подтверждение при спектральном анализе продольных пульсаций скорости в пограничном слое (фиг. 5, б и в). Эти данные иллюстрируют характер изменения спектра под действием звукового возмущения. В первом случае воздействие сигнала с частотой/=800 гц и интенсивностью 1 = 126 дб вызывает быстрый переход пограничного слоя; частота наложенного сигнала обнаруживается только в спектре ламинарного

пограничного слоя. Во втором случае воздействие сигнала той же интенсивности, но вдвое большей частоты, перехода не вызывает, частота наложенного сигнала про-

сматривается в спектре и ламинарного, и переходного пограничного слоя.

Для исследованного в настоящей работе диапазона значений уровней силы звука акустические возмущения не сказываются не только на интегральных характеристиках турбулентного пограничного слоя, но и на его спектральных характеристиках. Это обусловлено тем, что собственная энергия турбулентных пульсаций в турбулентном пограничном слое 1-х=150 мм, я-х*томм, з-х = 300 мм, соизмерима или даже Превыша-4 - jr = 360 мм, 5- * = 400 мм. ет энергию пульсаций, вызванных

Фиг. 6. Осциллограммы пульсаций ско- звуковым сигналом, рости в пограничном слое (1/==15 м1сек, , г

Уо=0,3 мм) при отсутствии (а) „ нали- Наглядное представление о чии (б) звукового сигнала L = 126 дб, характере перехода при отсутст-/ = 800 гц вии и наличии звуковых возму-

ДдчфУ)/

s

jijklnihm

a) 6)

щёний дают представленные на фиг. 6 осциллограммы пульсаций скорости в пограничном слое при у0 = 0»3 мм и разных х.

Были также выполнены специальные опыты по исследованию влияния акустических возмущений на угол раствора турбулентных клиньев, образующихся на пластине за изолированным элементом шероховатости или в местах стыка передней кромки пластины с боковыми стенками трубы. В этих опытах зона перехода определялась по картине испарения метилового эфира, нанесенного на каолиновое покрытие пластины. Оказалось, что угол раствора турбулентных клиньев практически не зависит от акустических возмущений во всем исследованном диапазоне интенсивности и частоты звука. Вместе с тем определенное визуальным способом местоположение переходной области удовлетворительно согласуется с результатами термоанемометрических измерений. Независимость угла раствора боковых турбулентных клиньев около торцов пластины от акустических возмущений свидетельствует о том, что вызванное этими возмущениями перемещение вверх по потоку области перехода на оси симметрии не является следствием концевых эффектов, а обусловлено критическими явлениями в средней по размаху части пограничного слоя пластины (фиг. 3, г).

Выше было показано, что воздействие акустического сигнала приводит к повышению турбулентности свободного потока. Однако на этом основании нельзя утверждать, что преждевременный переход пограничного слоя, вызванный акустическим сигналом, обусловлен влиянием лишь одной турбулентности внешнего потока. В самом деле, турбулентность внешнего потока при увеличении интенсивности звука растет примерно одинаково на всех частотах наложенного сигнала, а преждевременный переход происходит лишь при определенных частотах.

В связи с этим механизм искусственного перехода под действием акустического сигнала может быть двояким. Во-первых, при очень сильном сигнале, когда резко возрастает степень турбулентности внешнего потока, переход может вызываться именно этой турбулентностью, независимо от частоты сигнала (схема Тэйлора). Во-вторых, при сравнительно небольших уровнях звукового сигнала, когда турбулентность внешнего потока повышается незначительно, переход может быть обусловлен резонансными явлениями, т. е. взаимодействием наложенных звуковых волн и волн Толмина — Шлихтинга в пограничном слое.

Для качественного анализа этой второй возможности следует обратиться к гидродинамической теории устойчивости. Необходимо, однако, подчеркнуть, что применение этой теории в рассматриваемом случае затруднено тем обстоятельством, что скорость распространения и длина волны звуковых возмущений весьма сильно отличаются от соответствующих параметров волн Толмина —Шлихтинга.

В работе [8] в квазистационарной постановке исследована устойчивость ламинарного пограничного слоя для случая, когда скорость внешнего потока содержит периодическую составляющую, изменяющуюся со временем по синусоидальному закону с определенной амплитудой и частотой. Оказалось, что имеется наиболее опасный диапазон частот, в котором критическое число Рейнольдса, независимо от амплитуды периодической составляющей, принимает

минимальное значение. Этим опасным частотам в координатах Sh, Re* соответствует полоса, границы которой удовлетворяют соотношению

Sh-Re* = const,

где числа Струхаля и Рейнольдса определяются по формулам

Sh=/8*/l/00, Re* =Voo З^-

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

Полученные результаты показали, что так же, как и в опытах [3, 4], диапазон частот звукового сигнала, который при минимальной его интенсивности может вызвать переход пограничного слоя, в грубом приближении соответствует области неустойчивости ламинарного пограничного слоя в координатах Sh/Re*, Re*. Вместе с тем вынужденный переход пограничного слоя под действием звукового сигнала происходил и при значениях Sh и Re*, весьма далеких от области неустойчивости. В этом случае переход вызывался повышенной турбулентностью внешнего потока (£а = 2-ьЗ%) при уровнях силы звука L = 140 — 145 дб.

В заключение необходимо отметить, что смещение области перехода вперед даже в тех случаях, когда оно само по себе не очень значительно, может оказать существенное влияние на эффективность искусственной ламинаризации пограничного слоя, осуществляемой путем дискретного отсоса воздуха через щелевую поверхность [3].

Авторы выражают благодарность В. М. Филиппову за критические замечания при обсуждении работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Walls С. S. Effects of freeslream turbulence on boundary-layer transition. AIAA J., vol. 5, No 1, 1967.

2. Spangler I. G., Walls C. S. Effects of freeslream disturbances on boundary-layer transition. AIAA vol. 6, No 3, 1968.

3. Bacon J., Pfenninger W., Moore C. Investigations of a 30° swept and a 17-foot chord straight suclion wing in the presence of internal sound, external sound and mechanical vibrations. Summary of Laminar Boundary Layer Control Research (ASD TDR—63- 554), vol. 1, 1964.

4. Knapp C. F., R о a с h e P. J. A combined visual and hotwire anemometer investigation of boundary-layer transition. AIAA J., vol. 6,

No 1, 1968.

5. S с h i 1 z W. Experimented Untersuchungen zur akustischen Beein-flussung der Str6mungsgrenzschicht in Luft. Acustica, vol. 16, No 4, 1965/66.

6. Schubauer Q. B., S k r a m s t a d И. K. Laminar boundary-layer oscillations and transition on a flat plate. NASA Techn. Rep., 1948, No 909.

7. Власов E. В., Г иневский А. С. Акустическое воздействие на аэродинамические характеристики турбулентной струи. Изв.

АН СССР, МЖГ, 1967, № 4.

8. Пушкарева И. В. Ламинарный пограничный слой на плоской пластине в осциллирующем потоке. ПМТФ, VII—VIII, № 4, 1968.

Рукопись поступила 14jVIII 1970 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.