Генерация продольных вихревых структур в слое смешения сверхзвуковой недорасширенной струи

В.И. Запрягаев, Н.П. Киселёв (Новосибирск)

Изучение явления образования и развития продольных вихревых структур в слое смешения свободной неизобарической сверхзвуковой струи, истекающей в затопленное пространство, при высоких числах Рейнольдса начато сравнительно недавно. Интерес к изучению этого явления обусловлен как широким распространением сверхзвуковых струй и слоев смешения в таких технических устройствах как эжекторы, камеры смешения и т. д., так и поиском путей управления процессами смешения в сжимаемых сдвиговых слоях.

Эксперименты по исследованию продольных вихревых структур проводились на струйном модуле гиперзвуковой аэродинамической трубы периодического действия Т-326. Следует отметить, что работ по изучению влияния контролируемых возмущений на генерацию продольных вихревых структур в высокоскоростном слое смешения недостаточно. Эксперименты выполнены на специально изготовленном высокоточном азимутально-радиальном координатнике, позволяющим перемещать трубку Пито по продольной, поперечной и азимутальной координатам. Для выявления влияния уровня вносимых возмущений на характеристики возникающих стационарных продольных вихревых структур в слое смешения, были выполнены работы на специально изготовленных соплах с числами Маха на срезе М_а= 1.0 и 2.0. Внутренние поверхности сопл были изготовлены с высокой степенью точности (полированы). На внутреннюю поверхность сопла были нанесены микронеровности (“микротабы”) в количестве 8 шт. с шагом 45⁰ и толщиной 0.04 и 0.08 мм. После чего были проведены подробные исследования азимутальных и радиальных распределений полного измеренного давления в сверхзвуковой недорасширенной струе в нескольких сечениях: x/Ra= 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0. (Ra= 15 мм - радиус сопла).

В результате экспериментов выявлены искусственные продольные вихревые структуры с заданным азимутальным волновым числом. Получены зависимости распределения Фурье-амплитуд возмущений от азимутального волнового числа для сопла с микронеровностями и проведено сравнение полученных результатов с естественными возмущениями. Выявлено существенное влияние “микротабов” на развитие продольных вихрей. Значение амплитуды возмущений оказалось в 8-10 раз больше, чем для естественных возмущений. Таким образом, показана возможность генерации стационарных продольных вихревых структур в слое смешения высокоскоростных струй с применением малых искусственных возмущений.

Работа поддержана РФФИ (грант № 02-01-00515).