Ближнее акустическое поле импульсной струи
Распространенным источником промышленного шума являются струи газа, истекающие с высокой скоростью из различных агрегатов. Изучению акустического поля струи газа посвящено значительное число исследований, в большинстве которых принимается допущение о стационарном характере истечения. Однако во многих промышленных и транспортных установках источником промышленного шума являются струи газа с ярко выраженным импульсным характером истечения. В этом случае, по сравнению со стационарным режимом истечения струи, качественно изменяется процесс формирования и эволюции акустического поля. В настоящей статье приведены результаты экспериментальных исследований процесса формирования акустического поля сверхзвуковой импульсной струи газа вблизи ее источника истечения, где поле струи не может быть смоделировано полем точечных источников звука.
В качестве источника импульсной струи в настоящей работе использовалась электроразрядная ударная труба с соплом на торце. В электроразрядной камере ударной трубы проводился разряд конденсаторной батареи и происходил быстрый нагрев газа. Вследствие большого градиента давления между электроразрядной камерой и остальной частью трубы формировалась ударная волна. Когда ее фронт падал на сопло в торце ударной трубы, начиналось импульсное истечение газа в окружающее пространство. При этом в сопло проходила ударная волна /1/, которая двигалась перед контактным разрывом по соплу /2/ и выходила в окружающее пространство.
Исследование акустического поля импульсной струи проводилось с помощью датчиков давления и оптическими методами. Датчики давления имели пьезокерамический чувствительный элемент. Для каждой точки пространства проводились 10-15 опытов с замером параметров акустического поля датчиками давления.
Для визуализации процессов формирования и эволюции акустического поля проводилась съемка процесса в проходящем луче лазера и съемка голографической интерференционной картины. Разрыв полос на интерференционной картине свидетельствует о скачкообразном изменении параметров среды, т.е. о наличии ударной волны.
Перед головной частью импульсной струи, истекающей в затопленное пространство (рис.1), образуется ударная волна /3/. На некотором удалении от оси струи ударная волна вырождается в акустическую. Если предположить, что отсутствуют химические реакции внутри импульсной струи и между газом импульсной струи и газом окружающего пространства, то для практических целей достаточно учитывать избыточное давление, возникающее только при прохождении указанных ударной и акустической волн. Процессами же, обуславливающими возникновение акустических возмущений, свойственных стационарному режиму истечения, в этом случае можно пренебречь. Специфической особенностью ближнего акустического поля импульсной струи газа можно считать то, что его с большой точностью, можно считать образованным при преодолении головной части формирующийся струи аэродинамического сопротивления окружающего пространства. На рис. 2 приведена фотография исследуемого процесса в проходящем луче лазера. 
Рис. 1
Рис. 2
В системе отсчета, связанной с головной частью импульсной струи, газ затопленного пространства будет набегать на ударную волну со скоростью равной скорости головной части импульсной струи
. Критическая точка перехода ударной волны в акустическую будет соответствовать точке, в которой нормальная составляющая скорости набегающего потока к фронту волны 
окажется равной скорости звука. В большинстве практических случаев акустическое поле импульсной струи газа вблизи ее источника имеет осевую симметрию. При этом для описания процесса целесообразно ввести полярную систему координат
, 
(рис. 1). Полярная ось совпадает с осью симметрии струи и направлена в сторону ее движения, а за полюс принята точка пересечения оси с плоскостью выходного среза сопла. Тогда критическое значение полярного угла
, являющиеся функцией текущего времени 
может быть определено из решения уравнения, представляющего собой условие равенства скорости звука нормальной составляющей скорости набегающего потока:
Немного больше о технологиях >>>
О побочном событии в лабораторном эксперименте
В
исследовании частных приложений теории относительности экспериментальная физика
значительно опережает теоретическую, которой все чаще приходится объяснять
причины расхождения своих предсказаний с результатами практического опыта.
Такое
взаимоотношение теории и эксперимента ...
Привычный способ восприятия времени - причина войн на планете
Мы знаем, что
прошлое и будущее существует только в нашем образном мышлении. Настоящее
измерить нечем и поэтому невозможно. Стрелки часов двигаются в пространстве, а
показывают время – не парадокс ли это? Наше тело – это часть пространства.
Осознавание линейных размеров собстве ...
