ДАВЛЕНИЕ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ ГАЗА ПОСЛЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С УДАРНОЙ

ДАВЛЕНИЕ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ ГАЗА ПОСЛЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С УДАРНОЙ
ВОЛНОЙ. РОЛЬ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ
О.И. Докукина, Е.Н. Терентьев, Л.С. Штеменко, Ф.В. Шугаев
Физический факультет МГУ им. Ломоносова, Москва
Изучалось взаимодействие плоской ударной волны с турбулентным потоком воздуха. Эксперименты
2
выполнены в однодиафрагменной ударной трубе прямоугольного сечения 40х60 мм . Турбулизация потока
осуществлялась с помощью сетки. За сеткой образовывались вихревые кольца. Ударная волна отражалась от
перфорированной стенки в конце рабочей секции и взаимодействовала с турбулентным потоком. Число Маха
падающей волны равнялось M  1.8  4 , число Маха отражённой волны M r  1.6  2.5 . Давление за
ударной волной и его пульсации измерялись пьезодатчиком диаметром 2.5 мм, вмонтированным заподлицо со
стенкой ударной трубы на расстоянии трёх калибров от перфорированной стенки. Измерялась средняя скорость
падающей и отражённой ударных волн на разных базах. Для этой цели использовался гелий-неоновый лазер.
Луч лазера диаметром в 1 мм пересекал рабочую секцию и падал на секционированный фотодиод, сигнал с
которого поступал на цифровой осциллограф. В турбулентном потоке наблюдались пульсации давления и
акустические возмущения. Амплитуда пульсаций давления составляла 1-1.5% от величины среднего давления за
падающей волной. Измерения амплитуды акустических возмущений за отражённой ударной волной в
турбулентном потоке и в потоке при отсутствии турбулентности показали следующее. В первом случае
амплитуда возмущений примерно на 10-15% больше соответствующей величины во втором случае при условии,
что давление за падающей волной превышает 25 кПа. При меньших давлениях упомянутые амплитуды
практически совпадают. Данный факт согласуется с поведением среднего давления за отражённой волной в
турбулентном потоке воздуха.
Акустические возмущения в турбулентном потоке возникают за счёт взаимодействия вихревых колец и других
вихревых структур. За отражённой ударной волной эти возмущения усиливаются, происходит их резонансное
рассеяние на вихревых кольцах. При этом последние становятся неустойчивыми и генерируют новые
возмущения. Газ за счёт этого нагревается, что приводит к повышению давления. При малых давлениях нагрев
газа незначителен. Таким образом, выявлена роль акустических возмущений в турбулентном потоке.