![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Промышленность и Производство
Техника
Ближнее акустическое поле импульсной струи |
Ближнее акустическое поле импульсной струи. к.т.н. Третьяков Д.В. 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: где, и - соответственно, показатель адиабаты, газовая постоянная и температура газа затопленного пространства. Угол в приведенном выше уравнении выражается в радианах. Выражение, определяющее форму фронта возмущения, вызванного в окружающем пространстве головной частью импульсной струи, может быть получено расчетноvтеоретическими методами или эмпирически. В частности, форма фронта возмущения может быть определена оптическими методами. Рис. 3 Вблизи критической точки на фронте возмущения, определенной из условия равенства скорости звука нормальной составляющей, происходит качественное изменение наблюдаемой интерференционной картины. Для значений полярного угла, превышающих, при пересечении интерференционной полосой фронта возмущения происходит ее искривление (рис. 3). Для полярных углов меньших при пересечении интерференционной полосой фронта возмущения происходит ее разрыв, что свидетельствует о скачкообразном изменении параметров среды. С течением времени сверхзвуковая головная часть импульсной струи удаляется от выходного среза сопла ударной трубы и фронт возмущения в окружающей среде вытягивается вдоль струи. При этом критическое значение полярного угла, определенное из условия равенства скорости звука нормальной составляющей, уменьшается, что хорошо согласуется с результатами обработки интерферограмм, полученных для различных стадий процесса. При анализе исследуемого процесса за характерный геометрический размер был принят диаметр критического сечения сопла ударной трубы. За характерное время v время прохождения звуком расстояния при нормальных условиях. Сигналы с датчиков давления, установленных на малых и больших полярных углах являются характерными, соответственно, для ударной и акустической волн. На рис. 4 приведен вид типичной зависимости относительного избыточного давления от времени в точке с полярным радиусом 12,5 и полярным углом 30¦ (кривая 1) и в точке с тем же полярным радиусом, но с полярным углом 120¦ (кривая 2). Под относительным избыточным давлением понимается величина:, где v изменение давления при акустическом или ударном возмущении, - начальное давление в невозмущенной среде.
Рис. 4 Для обеих зависимостей за начало отсчета принят момент прихода возмущения от головной части импульсной струи в рассматриваемую точку. Наличие нескольких максимумов в фазе сжатия на кривой 1 не является случайным, а имеет стабильную повторяемость во всех опытах с установкой датчика в этой точке. Существование этих максимумов объясняется присутствием дополнительных волн сжатия, следующих в непосредственной близости за фронтом основной ударной волны. Фронты этих волн можно отчетливо наблюдать в проходящем луче лазера рис. 2 (полосы поперек отрезка А-А) Рис. 5 Наибольшее избыточное давление в фазе сжатия при полярных углах меньших критического значения незначительно уменьшается при увеличении угла, а при превышении критического значения его спад становится более резким. На рис 5 приведены экспериментальные зависимости наибольшего относительного избыточного давления от полярного угла для точек на полярных радиусах 12,5, 18,75, и 25. Перегиб кривых находится в интервале полярных углов 60 - 75¦ , что не противоречит условию равенства скорости звука и скорости нормальной составляющей набегающего потока. Наименьшее значение избыточного давления в фазе разряжения, следующей за фазой сжатия, монотонно увеличивается с увеличением полярного угла (рис. 5). Перегибов на этих зависимостях не наблюдается. Как следует из анализа результатов экспериментов, диаграмма направленности импульсной струи газа, как источника промышленного шума, существенно отличается от круговой. Площадь фронта акустической волны, на рассматриваемых радиусах, примерно в 1,4 раза больше фронта ударной волны. Однако, энергия, переносимая в окружающее пространство акустической волной, примерно в 6,3 раза меньше энергии переносимой ударной волной. При интегрировании по поверхности акустической и ударной волны плотность потока энергии рассчитывалась по показаниям датчиков давления. Первый максимум в спектре сигнала датчика давления приходится на диапазон частот (2,38 - 2,89). При этом с увеличением полярного угла установки датчика с 30¦ до 150¦ среднее в группе опытов значение частоты, на которую приходится первый максимум, изменяется с 2,38. до 2,89. На всех полярных углах на частотах превышающих (11,90 - 12,75) в спектре возникает ряд максимумов, значения которых значительно ниже первого максимума. На полярных углах, близких к критическому, наблюдается появление максимума в диапазоне частот от 5,95 до 8,50. Этот максимум по величине соизмерим с первым максимумом на частотах (2,38 - 2,89). Начиная с некоторого полярного угла максимум на частотах (5,95-8,50) начинает превышать значение первого максимума. В общем случае кроме возмущения в затопленном пространстве, связанного с преодолением головной частью сверхзвуковой импульсной струи аэродинамического сопротивления. Звук будет генерироваться и непосредственно струей газа, как в случае стационарного режима истечения струи. Генерирование звука импульсной струей можно визуализировать при просвечивании пространства вблизи струи лучом лазера (рис.6 v на рисунке отмечены ). Сравнивая яркость изображений и интерференционные картины можно заключить, что величина избыточного давления в звуковых волнах, генерируемых непосредственно газом струи, пренебрежимо мала по сравнению с избыточным давлением, возникающем при прохождении ударной и акустической волн от преодоления аэродинамического сопротивления головной частью.
ГЛАС БОЖИЙ По некоторым сообщениям, Военно-воздушными силами США также рассматривался план, согласно которому над Ираком должна была проецироваться гигантская голограмма, а голос Аллаха велел бы солдатам и мирным гражданам свергнуть Саддама Хусейна. Согласно докладу New World Vistas,[121] опубликованному в 1996 году Научным консультативным комитетом ВВС США, голос, сопровождающий подобный образ, теоретически может быть создан с помощью модулированных микроволн высокой мощности, проходящих в человеческое тело и нагревающее его ткани. Результатом станет «создание внутреннего акустического поля в слышимом диапазоне 5–15 килогерц». Другие исследования носят не только теоретический характер. В своей книге «Электрическое тело» номинант на Нобелевскую премию Роберт Беккер описывает эксперименты, проводившиеся в начале шестидесятых годов Алленом Фреем, который обнаружил, что радиосигналы могут восприниматься как звук в голове, а также более поздние эксперименты, проведенные в 1973 году в Армейском исследовательском институте имени Уолтера Рида доктором Джозефом К
1. Повышение эффективности процессов обжима трубчатых заготовок давлением импульсного магнитного поля
2. Свободный полет в полях тяготения
3. Форма, размеры и движения Земли и их геофизические следствия. Гравитационное поле Земли
4. Психогенетика: сцепленное наследование, генетика пола
5. Налоговая система России в новом правовом поле
9. С русскими воинами через века и поля боевой славы
10. Лексико-семантическое поле "женщина" в современном английском языке
11. Миграция сельского населения XVIII - I пол. XIX вв.: исторические и психологические аспекты
13. Расширения полей
14. Приборы для регистрации электрических, акустических и тепловых сигналов организма человека
15. Влияние электромагнитных полей (ЭМП) на живые организмы
17. АНТИТЕХНОЛОГІЇ У ПОЛІТИЧНІЙ БОРОТЬБІ: ВИКОРИСТАННЯ ЗМІ
18. Ближний Восток
19. Разработка конструкции импульсной формовочной машины. Опока 1600х1200х500
21. Пол и характер
25. Устройство формирования импульсно-временной кодовой группы
27. Социальная дискриминация по признаку пола
28. Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны (№24)
29. Торсионные поля. Торсионные технологии
30. Движение в центральном симметричном поле
31. Профессор Штермери Ван-дер-Пол(C.Stormer,Van-der-Pol)
33. Торсионные поля. Миф или реальность
34. Электромагнитное поле и его влияние на здоровье человека
36. Статья "Молекула Бензола в сильном лазерном поле" ([Статья])
37. Финансово-кредитные связи России со странами ближнего зарубежья
41. Національна політика СРСР в роки перебудови
43. Британская историография средневековой Росси пер. пол. ХХ в. (Методологические подходы)
44. Україна 20-х - початку 30-х років. Нова економічна політика. Голодомор 1921-1922 рр.
45. Межкультурный диалог в поле диаспор
46. Скрытность и защита кораблей по физическим полям
47. Жизненный путь Поля Гогена
48. Поль Сезанн
50. Новый пол: мужчины в женских ролях
51. Лексические поля звукоинтонационных образов в поэзии Н.А.Некрасова
52. Прошлое, настоящее и будущее в цикле «На поле Куликовом» А. Блока
57. О единстве отталкивания и тяготения в теории поля
60. Математическое моделирование нестационарного электрического поля анодной защиты
61. Луна и планирование пола ребенка
62. Основні засади зовнішньоекономічної політики України
63. Притирка, ближний бой, консенсус: этапы построения коллектива
64. К вопросу об акустическом обосновании аккорда
65. Податкова політика України
67. Электрические вихревые несоленоидальные поля
68. О выборе рациональных размеров сегнетоэлектрического рабочего тела импульсного генератора напряжения
69. Применение обобщенного метода Фурье в задаче полого волновода треугольного сечения
74. Измерение коэффициента самодиффузии методом Хана с постоянным градиентом магнитного поля
75. Картина мира в свете теории единого поля
76. Электрические вихревые несоленоидальные поля
77. Определение пола у динозавров
78. Восстановитель импульсных сигналов
79. Международные отношения на Ближнем и Среднем Востоке
80. Функция и поле речи и языка в психоанализе
81. Основні напрямки зовнішньої політики України
82. Політичний режим
83. Структура і зміст політичних інтересів суспільства, класів, особистості
84. Французский философ Поль Анри Гольбах о налогоообложении
85. Символ и язык как структура и граница поля психоанализа
89. Защита от электромагнитных полей
90. Разработка радиоприемного устройства импульсных сигналов
91. Любовь к ближнему и социальная гармония как сущность Торы
92. Транссексуализм и вопросы изменения пола
93. Что такое пол?
94. Выбор пола ребенка до зачатия
95. Культурно-историческое и социально-правовое поля эротики и порнографии. (Общее и особенное)
96. Нарушения психосексуальных ориентаций по полу объекта