Пульсации скорости и пристеночного давления турбулентного пограничного слоя

Abstract

Приведены результаты исследования поля пульсаций скорости и пристеночного давления турбулентного пограничного слоя, развитого на гибком протяженном цилиндре и гидравлически гладкой плоской пластины. Показаны особенности взаимодействия поля скорости и давления в пограничном слое, охарактеризованы звуковые и псевдозвуковые источники гидродинамического шума. Сделан анализ интегральных, корреляционных и спектральных характеристик поля пульсаций скорости и пристеночного давления в турбулентном пограничном слое. Установлены характерные особенности когерентных вихревых структур источников полей пульсаций скорости и давления турбулентного пограничного слоя.

Приведені результати дослідження поля пульсацій швидкості та пристінного тиску турбулентного примежового шару, який утворено на гнучкому видовженому циліндрі і гідравлічно гладкій пласкій пластині. Показані особливості взаємодії поля швидкості та тиску у примежовому шарі, охарактеризовані звукові і псевдозвукові джерела гідродинамічного шуму. Проаналізовано інтегральні, кореляційні і спектральні характеристики поля пульсацій швидкості та пристінного тиску у турбулентному примежовому шарі. Показано взаємозв’язок між цими статистичними характеристиками, а також вказано механізми та джерела, які впливають на поведінку цих характеристик. Відмічено, що у турбулентному примежовому шарі формуються великомасштабні вихрові структури і дрібномасштабні вихори, які утворюють зовнішню та внутрішню область примежового шару. Встановлено, що великомасштабні вихрові структури генерують пульсації тиску, які мають закон розподілення густини ймовірностей, близький до гаусівського закону, а дрібномасштабні вихори, які генерують високочастотні або низькохвильові пульсації, мають закон розподілення щільності ймовірностей пульсацій, відмінний від нормального закону. Взаємодія когерентних вихрових структур між собою та з обтічною поверхнею призводить до зміни інтегральних, кореляційних і спектральних характеристик полів швидкості та тиску. Відмічено, що зі збільшенням відстані між датчиками пульсацій тиску корельованість сигналів зменшується, а час затримки корельованих сигналів збільшується. Таким чином, зі збільшенням відстані між вимірювальними точками корельованими пульсаціями є ті, які генеруються великомасштабними вихровими структурами. Визначено, що найбільші рівні пульсацій швидкості та тиску генерують великомасштабні вихрові структури, які мають найбільшу когерентність. Отримані результати дали можливість охарактеризувати когерентні вихрові структури, їх особливості формування, місця зародження, масштаби, напрямки і швидкості переносу.