Том 36, номер 08, статья № 10

Аннотация:

Представлены результаты анализа пространственного распределения средней плотности воздуха в сверхзвуковой струе по данным лазерного просвечивания. Алгоритм восстановления средней плотности из поперечных относительно оси струи отклонений фронта просвечивающей волны протестирован в экспериментах на вертикальной струйной установке ИТПМ СО РАН. Результаты восстановления сопоставляются с известными из литературы данными контактных измерений и с результатами численного моделирования. Продемонстрирована хорошая чувствительность локальных наклонов волнового фронта к колебаниям плотности воздуха на частотах дискретных акустических тонов, что открывает возможности экспериментального исследования их пространственной структуры в канале струи.

Ключевые слова:

сверхзвуковая струя, лазерное просвечивание, искажения волнового фронта, плотность воздуха, восстановление

Список литературы:

1. Chow W.L., Chang I.S. Mach reflection from overexpanded nozzle flows // AIAA J. 1972. V. 10. P. 1261–1263.
2. Troutt T.R., McLaughlin D.K. Experiments on the flow and acoustic properties of a moderate-Reynolds number supersonic jet // J. Fluid. Mech. 1982. V. 116. P. 123–156.
3. Gutmark E., Wygnanski I. The planar turbulent jet // J. Fluid. Mech. 1976. V. 73. P. 465–495.
4. Courant R., Friedrichs K.O. Supersonic Flow and Shock Waves. New York: Springer, 1976. V. XVI. 464 p.
5. Шулутко А.М., Османов Э.Г., Семиков В.И., Мачарадзе А.Д. Плазменная хирургическая технология – от истоков до наших дней // Российский медицинский журн. 2018. Т. 24. С. 199–205.
6. Urzay J. Supersonic Combustion in Air-Breathing Propulsion Systems for Hypersonic Flight // Ann. Rev. Fluid. Mech. 2018. V. 50. P. 593–627.
7. Kim K.S., Kim T.H. Nanofabrication by thermal plasma jets: From nanoparticles to low-dimensional nanomaterials // J. Appl. Phys. 2019. V. 125. P. 070901-1–070901-26.
8. Бойко В.М., Достовалов А.В., Запрягаев В.И., Ка­вун И.Н., Киселев Н.П., Пивоваров А.А. Исследование структуры сверхзвуковых неизобарических струй // Уч. зап. ЦАГИ. 2010. Т. 41. С. 44–57.
9. Анискин В.М., Коротаева Т.А., Ободовская Е.А., Турчинович А.О. Численное моделирование недорасширенных осесимметричных микроструй, истекающих в затопленное пространство // Докл. АН ВШ РФ. 2018. Т. 38. С. 22–35.
10. Chin C., Li M., Harkin C., Rochwerger T., Chan L., Ooi A., Risborg A., Soria J. Investigation of the flow structures in supersonic free and impinging jet flows // J. Fluid. Eng. 2013. V. 135. P. 031202-1–031202-12.
11. Murugesan P., Arjun B., Akhil T.K., Shashank P., Girish C.C., Srikrishnan A.R., Ratna K.V. Numerical study of characteristics of underexpanded supersonic jet // J. Aerosp. Technol. Manag. 2020. V. 12. P. e4220-1–e4220-8.
12. Foss J.F., Foss J.K., Spalart P.R. Numerical and experimental evaluations of the flow past nested chevrons // AIAA J. 1989. V. 27. P. 675–676.
13. Otobe Y., Kashimura H., Matsuo S., Setoguchi T., Kim H.-D. Influence of nozzle geometry on the near-field structure of a highly underexpanded sonic jet // J. Fluid. Struct. 2008. V. 24. P. 281–293.
14. Запрягаев В.И., Солотчин А.В., Киселев Н.П. Исследование структуры сверхзвуковой струи при измене­нии геометрии входного участка сопла // ПМТФ. 2002. Т. 43. С. 58–64.
15. Raman G. Supersonic jet screech: Half-century from Powell to the present // J. Sound. Vib. 1999. V. 225. P. 543–571.
16. Tam C.K.W., Tanna H.K. Shock associated noise of supersonic jets from convergent-divergent nozzles // J. Sound. Vib. 1982. V. 81. P. 337–358.
17. Tam C.K.W. Supersonic jet noise // Ann. Rev. Fluid. Mech. 1995. V. 27. P. 17–43.
18. Tolstykh A.I., Shirobokov D.A. Fast calculations of screech using highly accurate multiprocessor-based schemes // Appl. Acoustics. 2013. V. 74. P. 102–109.
19. Маракасов Д.А., Сазанович В.М., Цвык Р.Ш., Шестернин А.Н., Губанов Д.А. Исследования акустического поля, генерируемого сверхзвуковой струей // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 4. С. 296–303.
20. Okhotsimskii A., Hozawa M. Schlieren visualization of natural convection in binary gas–liquid systems // Chem. Engin. Sci. 1998. V. 53, N 14. P. 2547–2573.
21. Settles G.S. Schlieren und Shadowgraph Techniques: Visualizing Phenomena in Transparent Media. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2001. V. XVIII. 376 p.
22. Meier G.E.A. Computerized background-oriented schlieren // Experiments in Fluids. 2002. V. 33. P. 181–187.
23. Hargather M.J., Settles G.S. Natural-background-oriented schlieren imaging // Exp. Fluids. 2010. V. 48. P. 59–68.
24. Базылев Н.Б., Фомин Н.А. Количественная визуализация течений, основанная на спекл-технологиях. Минск: Беларуская навука, 2016. 392 c.
25. Banakh V.A., Marakasov D.A., Tsvyk R.Sh., Zapryagaev V.I. Study of turbulent supersonic flow based on the optical and acoustic measurements // Wind Tunnels and Experimental Fluid Dynamics Research / J. Colman Lerner, U. Boldes (eds.). Rijeka: InTech, 2011. P. 607–628.
26. Маракасов Д.А., Банах В.А., Сухарев А.А. Восстановление пространственного распределения средней плотности воздуха в сверхзвуковой струе на основе результатов лазерного просвечивания // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 2. С. 101–106; Marakasov D.A., Banakh V.A., Sukharev A.A. Reconstruction of the spatial distribution of the average air density in a supersonic jet based on results of laser illumination // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 3. P. 198–204.
27. Powell A. On the mechanism of choked jet noise // Proc. Phys. Soc. B. 1953. V. 66. P. 1039–1056.
28. Меньшов И.С., Семенов И.В., Ахмедьянов И.Ф. Механизм генерации дискретных тонов в сверхзвуковых струйных течениях // Докл. РАН. 2008. Т. 420. С. 331–336.
29. Marakasov D.A., Sazanovich V.M., Tsvyk R.Sh., Shesternin A.N. Investigation of turbulence in axysimmetric supersonic jet from the results of laser transillumination // AIP Conf. Proc. 2017. V. 1893. P. 030082-1–030082-4.
30. Дейч М.Е. Теоретическая гидродинамика. Л.: Госэнергоиздат, 1961. ­ 669 с.
31. Zapryagaev V.I., Kiselev N.P., Pivovarov A.A. Gasdynamic structure of an axisymmetric supersonic underexpanded jet // Fluid. Dyn. 2015. V. 50. P. 87–97.
32. Seubold J.G., Shirie J.W. Length of the supersonic core in high-speed jets // AIAA J. 1967. V. 5. P. 2062–2064.
33. Шелухин Н.Н. Исследование характеристик сверхзвуковой недорасширенной струи // Уч. зап. ЦАГИ. 1995. Т. 26. C. 78–87.
34. Kandula M. On the existence of subharmonic screech in choked circular jets from a sharp-edged orifice // Open. J. Acoustics. 2014. V. 4. P. 20–25.