Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров

Представлены экспериментальные оценки влияния подачи высокомолекулярных полимеров в турбулентный пограничный слой тела вращения на гидродинамическое сопротивление и шумы. Исследования проведены для турбулентного режима обтекания гидравлически гладкого удлиненного тела, в носовой части которого через...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автори:	Воскобойник, В.А., Гринченко, В.Т., Макаренков, А.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут гідромеханіки НАН України 2007
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1037
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров / В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков // Акуст. вісн. — 2007. — Т. 10, N 2. — С. 33-42. — Бібліогр.: 37 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860191738877968384
author	Воскобойник, В.А. Гринченко, В.Т. Макаренков, А.П.
author_facet	Воскобойник, В.А. Гринченко, В.Т. Макаренков, А.П.
citation_txt	Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров / В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков // Акуст. вісн. — 2007. — Т. 10, N 2. — С. 33-42. — Бібліогр.: 37 назв. — рос.
collection	DSpace DC
description	Представлены экспериментальные оценки влияния подачи высокомолекулярных полимеров в турбулентный пограничный слой тела вращения на гидродинамическое сопротивление и шумы. Исследования проведены для турбулентного режима обтекания гидравлически гладкого удлиненного тела, в носовой части которого через кольцевую щель подавались растворы линейно-цепочного полимера (типа полиоксиэтилена). Изучено влияние угла ввода полимерного раствора, скорости обтекания, молекулярной массы и удельного расхода полимера на гидродинамические характеристики тела. Определены оптимальные условия щелевой подачи раствора, обеспечивающие максимальное снижение гидродинамического сопротивления и шумов обтекания. Исследовано воздействие высокомолекулярных полимеров на распределение спектральных уровней шумов вдоль обтекаемой поверхности и по толщине турбулентного пограничного слоя. Обоснован механизм влияния полимеров на структуру турбулентного пограничного слоя и источники шумообразования в рассмотренной системе. Наведені експериментальні оцінки впливу подачі високомолекулярних полімерів до турбулентного межового шару тіла обертання на гідродинамічний опір і шуми. Дослідження проведено для турбулентного режиму обтікання гідравлічно гладкого видовженого тіла, у носовій частині якого через кільцеву щілину подавалися розчини лінійно-ланцюгового полімеру (типу поліоксиетилену). Вивчено вплив кута введення полімерного розчину, швидкості обтікання, молекулярної маси й питомої витрати полімеру на гідродинамічні характеристики тіла. Знайдено оптимальні умови щілинної подачі високомолекулярного полімеру, які забезпечують максимальне зменшення гідродинамічного опору й шумів обтікання. Досліджена дія високомолекулярних полімерів на розподіл спектральних рівнів шумів вздовж поверхні, що обтікається, і по товщині турбулентного межового шару. Обґрунтовано механізм впливу полімерів на структуру турбулентного межового шару та джерела шумоутворення в розглянутій системі. The paper deals with estimating experimentally the effect of high-molecular polymer supply to turbulent boundary layer of the body of revolution on its hydrodynamic drag and noise. The study was carried out for a turbulent flow over a hydraulically smooth slender body, in which fore part the solutions of linearly chained polymers (of the polyoxiethylene type) were fed through the ring slot. The effect of the input angle for polymeric solution, flow-around velocity, molecular mass and discharge intensity of the polymer on the body hydrodynamic characteristics are investigated. The optimum conditions have been found for slot feeding of the high-molecular polymer providing the maximal hydrodynamic drag and flow noise reduction. The effect of high-molecular polymers on distribution of noise spectral levels has been studied along the flowed surface, as well as with respect to thickness of the turbulent boundary layer. For the system under consideration, the mechanism of polymer influence on the turbulent boundary layer structure and noise sources has been substantiated.
first_indexed	2025-12-07T18:06:29Z
format	Article
fulltext	ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 УДК 532.5.526 СНИЖЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ШУМОВ РАСТВОРАМИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ПОЛИМЕРОВ В. А. ВО СК О Б ОЙ Н И К, В. Т. Г Р ИН Ч Е Н К О, А. П. МА К АР ЕН К О В Институт гидромеханики НАН Украины, Киев Получено 05.04.2007 Представлены экспериментальные оценки влияния подачи высокомолекулярных полимеров в турбулентный погра- ничный слой тела вращения на гидродинамическое сопротивление и шумы. Исследования проведены для турбу- лентного режима обтекания гидравлически гладкого удлиненного тела, в носовой части которого через кольцевую щель подавались растворы линейно-цепочного полимера (типа полиоксиэтилена). Изучено влияние угла ввода поли- мерного раствора, скорости обтекания, молекулярной массы и удельного расхода полимера на гидродинамические характеристики тела. Определены оптимальные условия щелевой подачи раствора, обеспечивающие максимальное снижение гидродинамического сопротивления и шумов обтекания. Исследовано воздействие высокомолекулярных полимеров на распределение спектральных уровней шумов вдоль обтекаемой поверхности и по толщине турбулен- тного пограничного слоя. Обоснован механизм влияния полимеров на структуру турбулентного пограничного слоя и источники шумообразования в рассмотренной системе. Наведенi експериментальнi оцiнки впливу подачi високомолекулярних полiмерiв до турбулентного межового ша- ру тiла обертання на гiдродинамiчний опiр i шуми. Дослiдження проведено для турбулентного режиму обтiкання гiдравлiчно гладкого видовженого тiла, у носовiй частинi якого через кiльцеву щiлину подавалися розчини лiнiйно- ланцюгового полiмеру (типу полiоксиетилену). Вивчено вплив кута введення полiмерного розчину, швидкостi обтi- кання, молекулярної маси й питомої витрати полiмеру на гiдродинамiчнi характеристики тiла. Знайдено оптимальнi умови щiлинної подачi високомолекулярного полiмеру, якi забезпечують максимальне зменшення гiдродинамiчного опору й шумiв обтiкання. Дослiджена дiя високомолекулярних полiмерiв на розподiл спектральних рiвнiв шумiв вздовж поверхнi, що обтiкається, i по товщинi турбулентного межового шару. Обгрунтовано механiзм впливу полi- мерiв на структуру турбулентного межового шару та джерела шумоутворення в розглянутiй системi. The paper deals with estimating experimentally the effect of high-molecular polymer supply to turbulent boundary layer of the body of revolution on its hydrodynamic drag and noise. The study was carried out for a turbulent flow over a hydraulically smooth slender body, in which fore part the solutions of linearly chained polymers (of the polyoxiethylene type) were fed through the ring slot. The effect of the input angle for polymeric solution, flow-around velocity, molecular mass and discharge intensity of the polymer on the body hydrodynamic characteristics are investigated. The optimum conditions have been found for slot feeding of the high-molecular polymer providing the maximal hydrodynamic drag and flow noise reduction. The effect of high-molecular polymers on distribution of noise spectral levels has been studied along the flowed surface, as well as with respect to thickness of the turbulent boundary layer. For the system under consideration, the mechanism of polymer influence on the turbulent boundary layer structure and noise sources has been substantiated. ВВЕДЕНИЕ Как известно, между течением жидкости или газа и генерацией звука существует взаимосвязь, представляющая интерес для физических исследо- ваний и прикладных технических задач. На про- тяжении более семидесяти лет интерес к этой проблеме не снижается, а, напротив, возрастает. Это обусловлено увеличением скорости движения транспортных средств и объектов специального назначения, где вопрос снижения аэрогидродина- мического шума весьма актуален. Действитель- но, шум транспортных средств оказывает нежела- тельное влияние на экологию среды обитания, а шумы обтекания объектов специального назначе- ния ухудшают эффективность гидроакустических систем, в состав которых они входят. Гидродинамическим шумом принято называть совокупность акустических явлений, которые об- условлены пульсациями скорости и давления, ге- нерируемыми турбулентным потоком жидкости, и имеют звуковую и псевдозвуковую природу [1 – 3]. Источниками гидродинамического шума являю- тся вихревые системы, формируемые в пограни- чных слоях, сдвиговых и отрывных потоках, сле- довых течениях, внутри разнообразных углубле- ний и ограничений потока, где возникают ре- зонансные колебания жидкости. Гидродинамиче- ский шум зарождается в местах формирования вихревых структур турбулентного пограничного слоя, а также при взаимодействии их как друг с другом, так и с обтекаемой поверхностью, которая, возбуждаясь потоком и совершая колебательные движения, излучает акустические волны в окру- жающую среду [4, 5]. Это стимулировало иссле- дования по выяснению структуры самого турбу- лентного пограничного слоя, являющегося основ- ным источником сопротивления трения и гидроди- намического шума, и поиск способов управления им [6, 7]. Среди большого количества существую- c© В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков, 2007 33 ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 щих методов снижения сопротивления и гидроди- намического шума в турбулентных потоках [8, 9] одним из наиболее эффективных является введе- ние в них высокомолекулярных линейно-цепочных полимерных добавок. Эффект уменьшения гидродинамического тре- ния с помощью полимерных добавок был обна- ружен Томсом в 1949 г. Его сущность заключае- тся в том, что присутствие высокомолекулярных полимеров в растворителе, движущемся в трубе, приводит к существенному падению сопротивле- ния трения. Позднее установлено, что введение по- лимерных растворов в пограничный слой движу- щегося хорошо обтекаемого тела также приводит к снижению его сопротивления трения [10 – 13]. Как показали результаты последних исследований, ве- личина снижения сопротивления трения может достигать в трубопроводах 90 %, а на поверхности обтекаемых тел – 60 ÷65 % [14 – 16]. Такие данные получены нами при подаче полимерных раство- ров в турбулентный пограничный слой удлинен- ных тел вращения [11]. Это послужило основанием для проведения целенаправленных экспериментов по выявлению влияния полимерных растворов на гидродинамические шумы скоростных объектов. В результате многочисленных исследований [12, 16, 17] выявлены оптимальные концентрации по- лимерных молекул, которые приводят к прене- брежимо малым изменениям плотности основно- го потока, но существенно снижают сопротивле- ние трения. При этом определяющими фактора- ми в снижении сопротивления являются молеку- лярная масса полимеров и их линейно-цепочная структура [14, 17, 18]. Основной недостаток поли- мерных добавок состоит в том, что они под дей- ствием высоких сдвиговых напряжений и с тече- нием времени теряют свою эффективность. В ря- де работ [12, 19, 20] показано, что основное влия- ние полимеров состоит в демпфировании флукту- аций нормальной и поперечной компонент скоро- сти (главным образом, в буферной области погра- ничного слоя), что ослабляет генерацию турбулен- тности. Целями данной статьи являются определе- ние режимов щелевой подачи высокомолекуляр- ных линейно-цепочных полимеров, обеспечиваю- щих максимальное снижение гидродинамического сопротивления и шумов обтекания, а также изуче- ние физических особенностей влияния полимеров на структуру турбулентного пограничного слоя тела вращения. 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ Экспериментальные исследования проводились: • в гидродинамической трубе с сечением 350×350 мм и длиной рабочего участка 2000 мм при скорости потока 10 м/с; • в скоростном бассейне с размерами 150 м×3 м×1.5 м при скорости обтекания 15 м/с. В качестве моделей выбирались гидравлически гладкие тела вращения диаметрами 60, 100 и 144 мм и относительным удлинением L/d от 7 до 14. Передняя часть каждой модели выполнялась в виде полуэллипсоида вращения с соотношением осей 1 :4, средняя представляла собой цилиндр, а кормовая – параболоид вращения (рис. 1). В носо- вой части модели устанавливался кольцевой тур- булизатор диаметром 3.0 мм, а за ним на рассто- янии 25 мм располагалась регулируемая по ши- рине и углу наклона кольцевая щель для подачи в пограничный слой растворов полимеров. Кон- струкция щели позволяла дискретно, с шагом 15◦, изменять угол ввода полимерных растворов отно- сительно обтекаемой поверхности модели в преде- лах от 15 до 90◦. В кормовой части модели уста- навливался хорошо обтекаемый нож, внутри кото- рого располагались трубопроводы для подачи по- лимерных растворов и электрические кабели, иду- щие от гидрофонов и тензометрических датчиков. Тензометрические датчики, установленные на тен- зовесах, размещались внутри модели. Гидродина- мическое сопротивление моделей измерялось с по- мощью тензостанции типа ТА-5М и регистрирова- лось шлейфовым осциллографом. Гидродинамические шумы турбулентного по- граничного слоя моделей измерялись миниатюр- ными пьезокерамическими гидрофонами диаме- тром 1.5 мм, установленными заподлицо с обтека- емой поверхностью (их координаты показаны на рис. 1). Высокоомные выходные сигналы гидро- фонов усиливались и преобразовывались в низ- коомные эмитерными повторителями, установлен- ными вблизи них, а затем поступали на вход мно- гоканального малошумного усилителя. Регистра- ция сигналов с гидрофонов и последующая их спе- ктральная обработка выполнялись на аппаратуре фирмы “Брюль и Къер”, в диапазоне частот от 2 до 12500 Гц. Измерения пульсаций полного давления в по- граничном слое исследуемой модели проводились датчиком пульсаций полного давления, разрабо- 34 В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 U 1 2 3 4 5 6 7 L1=2.5d L2=6d L3=10d L=14d S D1 D2 D3 od 0.4d Рис. 1. Схема экспериментальной установки и расположение датчиков: 1 – гидродинамическая труба; 2 – удлиненное тело вращения; 3 – система подачи полимеров; 4 – система тензометрии; 5 – спектроанализирующий комплекс; 6 – измерительная и регистрирующая аппаратура; 7 – датчик пульсаций полного давления; D1, D2, D3 – гидрофоны; S – кольцевая щель танного и изготовленного в Институте гидромеха- ники НАН Украины. Его местоположение показа- но на рис. 1, а конструкция – на рис. 2. Корпус датчика выполнен в виде хорошо обтекаемого те- ла, в передней части которого расположен прием- ник пульсаций полного давления. Приемная часть последнего представляла собой плоскую прямо- угольную трубочку высотой 0.6 мм и шириной 0.8 мм. Внутри корпуса датчика находился пье- зокерамический цилиндрический приемник, пре- образовывающий пульсации полного давления в знакопеременный электрический сигнал. Для то- го, чтобы исключить влияние статической состав- ляющей давления вблизи преобразователя, в кор- пусе датчика было сделано отверстие диаметром 0.2 мм. При проведении исследований использовались водные растворы высокомолекулярных линейно- цепочных полиоксиэтиленов П1 (молекулярная масса 2·106), П2 (молекулярная масса 4·106) и П3 (молекулярная масса 7·106). Применявшаяся методика была основана на сравнении спектраль- ных составляющих гидродинамических шумов, ре- гиструемых при щелевой подаче чистой воды и растворов полимеров в турбулентный пограни- чный слой тел вращения. Концентрация полимера в растворе определялась путем взвешивания его в сухом виде на аналитических весах (тип ВЛР- 200г, первый класс точности) перед растворением в известном объеме воды. Объемный расход поли- мерных растворов и чистой воды, подаваемых в турбулентный пограничный слой модели, контро- лировался с помощью роторного расходомера. 1 2 3 4 5 Рис. 2. Конструкция датчика пульсаций полного давления: 1 – приемная трубка; 2 – рабочая камера; 3 – пьезокерамический преобразователь; 4 – корпус датчика; 5 – хорошо обтекаемый нож В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков 35 ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 0,000 0,001 0,002 0,2 0,3 0,4 0,5 q 1 2 3 Cx Рис. 3. Изменение гидродинамического сопротивления модели в зависимости от удельного расхода полимера для различных углов его щелевой подачи Перед проведением исследований, в ходе их и после окончания работ все измерительные датчи- ки и гидрофоны, созданные в Институте гидро- механики НАН Украины, градуировались и ка- либровались абсолютным и относительным мето- дами. Тензометрические весы градуировались по- средством контролируемого нагружения эталон- ными разновесами первого класса точности. Гра- дуировка гидрофонов и датчика пульсаций пол- ного давления проводилась на специальном стен- де для динамической тарировки датчиков давле- ния [21]. Полученные результаты использовались при определении чувствительности приемников, а также учитывались при обработке и анализе эк- спериментальных данных. Погрешность измерений пульсаций давления, регистрируемых гидрофонами и датчиком пуль- саций полного давления, не превышала 2 дБ в ча- стотном диапазоне от 2 до 12500 Гц. Гидродина- мическое сопротивление модели измерялось с по- грешностью, которая не превышала 2 % при до- стоверности 0.995 или 3σ. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ С целью уменьшения собственных помех гидро- динамической трубы перед проведением экспери- ментальных исследований были выполнены спе- циальные мероприятия [11, 22], которые включа- ли изготовление и установку устройства безотрыв- ного малошумного истечения воды из рабочего участка в резервуар. Оно представляло собой пря- моугольный канал, выполненный из дерева, и об- шитый внутри 8 мм слоем пористой резины. С по- мощью такого сливного устройства было получе- но снижение собственных шумов в районе рабоче- го участка трубы на 20 дБ на частотах от 20 до 4500 Гц. На первом этапе исследований изучалось вли- яние геометрических параметров щелевой пода- чи растворов высокомолекулярных полимеров и удельного расхода полимера на величину гидро- динамического сопротивления тела вращения. Ма- ксимальное его снижение (52 %) было получе- но при подаче раствора полимера П3. Гидроди- намическое сопротивление модели регистрирова- лось при подаче через кольцевую щель шириной 1 мм как полимерных растворов, так и чистой во- ды. На рис. 3 представлены значения снижения ги- дродинамического сопротивления обтекаемой мо- дели в виде ∆Cx =(Cx−Cxp)/Cx в зависимости от удельного расхода вводимого полимера, где Cx – гидродинамическое сопротивление модели при по- даче чистой воды, а Cxp – сопротивление при по- даче полимерного раствора. Кривая 1 получена для угла подачи полимера относительно обтека- емой поверхности α = 15◦, кривая 2 – α = 45◦ и кривая 3 – α = 90◦. Из графика следует, что максимальное снижение гидродинамического со- противления наблюдается при щелевой подаче по- лимера под углом 15◦ при удельном его расходе q=1.5·10−3 кг/м2· с. Подача в пограничный слой чистой воды для этих же условий обтекания и в объемах, равных объемам, подаваемых полимер- ных растворов, вызвала незначительное снижение сопротивления модели – 2÷3 %. Исследование действия полимерных растворов на гидродинамические шумы вдоль обтекаемой поверхности модели осуществлялось путем изме- рения шумов гидрофонами, расположенными по ее длине (см. рис. 1). На рис. 4 представ- лено отношение спектральных уровней шумов ∆P =20 lg(Pp/Pw), полученных для щелевой пода- чи полимеров и чистой воды, в зависимости от без- размерной частоты ω∗=2πfδ∗/U0. Здесь Pp и Pw – спектральные уровни шумов при подаче полиме- ров и чистой воды соответственно; f – частота; 36 В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 0,01 0,1 1 10 -10 -5 0 5 10 1 2 3 P, dB Рис. 4. Отношение спектральных уровней шумов вдоль образующей модели при щелевой подаче растворов полимеров δ∗ – толщина вытеснения; U0 – скорость набега- ющего потока. Отрицательным значениям ∆P со- ответствует снижение шумов, а положительным – увеличение. Кривая 1 отвечает данным, измерен- ным гидрофоном N 1, кривая 2 – гидрофоном N 2 и кривая 3 – гидрофоном N 3. Из графика сле- дует, что гидродинамические шумы претерпева- ют трансформацию вдоль обтекаемой поверхно- сти модели. Гидрофон, расположенный вблизи ме- ста ввода полимерных растворов, зафиксировал существенное увеличение гидродинамических шу- мов (на 6÷12 дБ) в диапазоне низких частот – ω∗=0.002÷0.08 – и снижение на 6÷8 дБ в диапа- зоне ω∗=0.3÷2. Гидрофоны, удаленные от места ввода (NN 2 и 3), выявили значительное снижение гидродинамических шумов во всем исследуемом частотном диапазоне. При этом с удалением вниз по потоку от места ввода полимера эффективность шумоподавления возрастает. Как установлено многими исследователями, сте- пень снижения гидродинамического сопротивле- ния определяется величиной молекулярной массы, которая характеризует длину молекул линейно- цепочных полимеров [10 – 12,17, 20]. Мы же основ- ное внимание уделили изучению влияния молеку- лярной массы полимеров на снижение гидроди- 0,01 0,1 1 10 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 1 2 3 P, dB Рис. 5. Отношение спектральных уровней гидродинамических шумов при подаче растворов полимеров с различной молекулярной массой намических шумов. С этой целью в пограничный слой модели вводились растворы трех полимеров (П1, П2, П3) с различной молекулярной массой. На рис. 5 вновь представлены разности спектраль- ных уровней ∆P , но для разных полимеров (номе- ра кривых соответствуют условным номерам по- лимерных растворов). Измерения проведены при скорости обтекания модели U0 =10 м/с и удель- ного расхода полимера q=1.5·10−3кг/м2· с, пода- ваемого через щель с углом ввода 15◦. Результа- ты получены с помощью гидрофона N 3, кото- рый выявил максимальное снижение шумов. Гра- фик показывает, что наиболее эффективно гидро- динамические шумы снижает полимер П3, име- ющий самую высокую молекулярную массу из исследуемых. Особенно это заметно на частотах ω∗=1÷8, где ∆P достигает значений от −8 до −10 дБ. Следовательно, введение в пристеночную область турбулентного пограничного слоя раство- ров линейно-цепочных полимеров с большой мо- лекулярной массой существенно ослабляет высо- кочастотные давлениеобразующие источники ги- дродинамических шумов. При этом их низкоча- стотные компоненты лишь незначительно теряют свою интенсивность. Так, наиболее эффективный из исследуемых полимер П3 уменьшает гидроди- В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков 37 ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 0,01 0,1 1 10 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 1 2 3 4 P, dB Рис. 6. Влияние скорости обтекания на эффективность снижения гидродинамических шумов при щелевой подаче различных растворов полимеров намический шум в области низких частот не более, чем на 3÷4 дБ (см. кривую 3 на рис. 5). При увеличении скорости обтекания от 10 до 15 м/с фиксируется практически одно и то же сни- жение гидродинамического сопротивления модели (для полимера П3 – приблизительно 52 %). Отме- тим однако, что эффект снижения гидродинами- ческих шумов усиливается и проявляется в еще бо- лее широком частотном диапазоне. Это видно из рис. 6, иллюстрирующего результаты измерений с помощью гидрофона N 3. Здесь кривые 1 и 2 по- лучены при скорости обтекания 10 м/с, а кривые 3 и 4 – при 15 м/с. При этом кривые 1 и 3 соответ- ствуют подаче раствора полимера П2, а кривые 2 и 4 – полимера П3. Таким образом, к более суще- ственному снижению гидродинамических шумов, особенно в области высоких частот, приводит рост как скорости обтекания, так и молекулярной мас- сы используемого водного раствора полимера. Ко- нечно, с увеличением скорости обтекания в экспе- риментах возрастал уровень Pw. Механизм взаимодействия полимерных раство- ров с когерентными вихревыми структурами тур- булентного пограничного слоя по его толщине ис- следовался посредством анализа пульсаций полно- го давления. На рис. 7 представлены уровни их волновых спектров по толщине пограничного слоя для двух случаев – при подаче полимера П3 и во- ды. Измерения проводились над гидрофоном N 3 при скорости обтекания 10 м/с. На графике кри- вые 1 и 2 – спектры, соответствующие измерени- ям, проведенным над обтекаемой поверхностью на расстоянии y/δ=0.06, а кривые 3 и 4 – y/δ=0.86, где δ – толщина пограничного слоя. Кривые 1 и 3 получены при подаче воды, а кривые 2 и 4 – поли- мерного раствора П3. Установлено, что основное действие полимеров на гидродинамический шум и вихревые структуры пограничного слоя, порожда- ющие его, происходит во внутренней области по- граничного слоя. Кроме того, абсолютные значе- ния уровней пульсаций полного давления во внеш- ней области погранслоя существенно (почти на 15 дБ) ниже, чем вблизи стенки. Следует отме- тить, что высокомолекулярные полимеры в боль- шей степени демпфируют высоковолновые пуль- сации полного давления, особенно в пристеночной области турбулентного пограничного слоя. Практическое использование эффекта сниже- ния гидродинамических шумов полимерными ра- створами было осуществлено при подаче раство- ров на подкилевой обтекатель эхолота рыболов- ного траулера 504 проекта. Система ввода поли- меров и методика применения их на данном су- дне были разработаны в Институте гидромехани- ки НАН Украины. Растворы полиоксиэтилена с молекулярной массой 4·106 вводились в турбулен- тный пограничный слой перед обтекателем через щель шириной 1.5 мм под углом 15◦ к поверхно- сти обтекателя. Скорость хода судна изменялась от 3 до 6 м/с, а удельный расход полимера был q=1.5·10−3 кг/м2· с. Проведенные на Черном море испытания показали, что подача водных растворов высокомолекулярных линейно-цепочных полиме- ров в турбулентный пограничный слой обтекателя антенны эхолота снижала гидродинамические шу- мы на рабочей частоте 3000±300 Гц на 6÷10 дБ. 3. АНАЛИЗ ДАННЫХ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕ- ЗУЛЬТАТОВ Для более полного понимания механизма сниже- ния гидродинамических шумов на поверхности те- ла, обтекаемого турбулентным пограничным сло- ем, необходимо кратко рассмотреть структуру са- мого турбулентного пограничного слоя. Это свя- зано с тем, что снижение сопротивления трения и гидродинамических шумов полимерными раство- рами взаимосвязаны и обусловлены одними и теми же физическими процессами. Известно, что флуктуации псевдозвукового дав- 38 В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 ления на обтекаемой поверхности в турбулентном пограничном слое возникают в результате заро- ждения и разрушения вихревых структур вну- тренней и внешней областей пограничного слоя, которые взаимодействуют между собой и с обтека- емой поверхностью. Первая (внутренняя) область непосредственно прилегает к обтекаемой поверх- ности. В ней интенсивно зарождаются и ра- зрушаются мелкомасштабные когерентные вихре- вые структуры. Эта область характеризуется ма- ксимальными уровнями генерации турбулентной энергии пограничного слоя и определяет высоко- волновые или высокочастотные компоненты спе- ктров гидродинамических шумов. Сюда входят вязкий подслой и буферная зона пограничного слоя. Вторая (внешняя) область более обширна, но менее активна. В ней крупномасштабные когерен- тные вихревые структуры формируют низковол- новые или низкочастотные компоненты спектров пульсаций псевдозвукового давления [23 – 25]. В работах [26 – 28] подробно проанализированы ти- пы вихревых структур, их масштабы и формы, а также рассмотрены механизмы взаимодействия между системами вихрей и обтекаемой поверхно- стью. Робинсон в [26, 28] обобщил и классифициро- вал наблюдаемые в турбулентных пограничных слоях виды и типы вихревых структур. Вихре- вые структуры в вязком подслое и буферной обла- сти, главным образом, представляют собой ква- зипродольные протяженные противоположно вра- щающиеся вихревые пары, относящиеся к клас- су мелкомасштабных когерентных пристеночных вихрей. Их масштаб, нормированный длиной вяз- кости пограничного слоя ν/uτ , оценивается, как λ+ x =800÷1200, λ+ y = (20÷30 и λ+ z =80÷100. Там, где вектор окружной скорости вихревых пар на- правлен от обтекаемой поверхности, между ними формируются низкоскоростные струйки. В зонах, где вектор окружной скорости направлен к обте- каемой поверхности, наблюдаются области высо- коскоростного смыва. С удалением от обтекае- мой стенки вихревые пары смыкаются и обра- зуют шпилькообразные вихри, головки которых мигрируют во внешнюю часть буферной области пограничного слоя. Ножки этих вихрей, имею- щие вид противоположно вращающихся вихревых пар, перемещаются внутри вязкого подслоя и ча- стично в буферной области [26, 27]. При движе- нии вниз по потоку верхняя часть ножек и го- ловки колеблются и периодически выбрасываются в пограничный слой. Колебания верхних частей шпилькообразных вихрей заставляют осциллиро- вать низкоскоростные струйки, которые при со- 100 101 102 20 40 60 80 P, dB re 2*10-5Pa kx 1 2 3 4 Рис. 7. Изменение уровней волновых спектров пульсаций полного давления по толщине пограничного слоя при подаче полимерных растворов вершении колебательного движения поднимаются от обтекаемой поверхности. Согласно недавним эк- спериментальным наблюдениям и численному мо- делированию вихревого движения в пристеночной области пограничного слоя, обнаружено, что ко- лебания турбулентных неустойчивостей имеют си- нусоидальную и варикозную моды [29 –31], кото- рыми и определяются характерные особенности гидродинамических шумов. Выброс вихревых си- стем наблюдается во внешней части пристеночной области пограничного слоя и частично в его лога- рифмической области. Период между выбросами оценивается как T =(6÷7)δ/U0. Во внешней области турбулентного погранично- го слоя формируются трехмерные вихревые систе- мы в виде выпуклостей, имеющих масштаб, близ- кий к толщине пограничного слоя. Они обуслав- ливают взаимодействие турбулентности с нетур- булентным течением. Через глубокие впадины по краям выпуклостей, в которых отсутствует вра- щательное движение, жидкость свободного пото- ка устремляется в турбулентную область. Крупно- масштабные слабо вращающиеся вихревые систе- мы или аркообразные вихри обычно регистриру- В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков 39 ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 ются под выпуклостями. Относительно высокоско- ростные объемы жидкости ударяются в находящу- юся ниже по потоку поверхность крупномасшта- бной структуры, формируя наклонные сдвиговые слои. Цикл формирования вихревых структур во внутренней области в значительной степени явля- ется автомодельным, а структура внешней обла- сти турбулентного пограничного слоя имеет мо- дулирующее влияние на процессы, происходящие вблизи поверхности. Это влияние зависит от числа Рейнольдса [26, 28]. Вихревые структуры турбулентного пограни- чного слоя переносятся вдоль обтекаемой поверх- ности со скоростями от 0.2 до 0.98U0 [26, 27, 32]. Мелкомасштабные пристеночные вихри конвекти- руют медленно, а крупномасштабные когерентные вихревые структуры – со скоростями близкими к скорости обтекания. Генерируемый при этом псевдозвук, являющийся одной из составляющих гидродинамических шумов, распространяется со скоростями переноса вихревых систем [2, 4, 5, 33, 34]. Как уже отмечалось ранее, ввод высокомолеку- лярных полимерных добавок, оказался наиболее эффективным способоы снижения сопротивления и гидродинамических шумов. Малая концентра- ция линейно-цепочных полимерных молекул при- водит к значительному изменению структуры тур- булентного пограничного слоя. Установлено, что полимеры уменьшают турбулентность, подавляя обусловленное пристеночными вихрями низко- и высокоскоростные перемещения жидкости вверх и вниз относительно обтекаемой поверхности [13,16]. Как мы полагаем, подача высокомолекулярных полимерных растворов под углом 15◦, близким к углу подъема ножек пристеночных шпилькообра- зных вихрей (порядка 18◦ [27]), обеспечивает ма- ксимальную эффективность снижения сопротив- ления (см. рис. 3). Посредством визуализации те- чения в потоках с уменьшенными сопротивлени- ем и шумом обнаружено увеличение поперечного разделения между низкоскоростными струйками и уменьшение частоты их выбросов [35]. Поэто- му эффект падения гидродинамических шумов в большей степени проявляется в высокочастотной или высоковолновой частях соответствующих спе- ктров. Это подтверждено результатами, представ- ленными на рис. 5 и 7. В то же время, обнаружено увеличение уров- ня гидродинамических шумов вблизи места ввода полимерных растворов в турбулентный пограни- чный слой (см. рис. 4). По нашему мнению, это объясняется взаимодействием концентрированно- го раствора полимера с чистой водой в пограни- чном слое, что вызывает дополнительную турбу- лизацию последнего. Как следствие, повышаются пульсации скорости и давления, а значит, и гидро- динамические шумы. Следует отметить, что пода- ча менее концентрированного раствора полимера (но при неизменном его удельном расходе) позво- ляет значительно (до 6 дБ) понизить уровни ги- дродинамических шумов в низкочастотной обла- сти 0.008<ω∗<0.08. В процессе диффузии раство- ров по мере продвижения их вдоль обтекаемой поверхности концентрация полимеров в пристено- чной области пограничного слоя становится бо- лее однородной, их молекулы под действием рей- нольдсовых напряжений деформируются и прио- бретают линейную форму, стабилизируя и части- чно подавляя когерентные пристеночные вихри. При этом происходит увеличение поперечного мас- штаба шпилькообразных вихрей и уменьшение ка- сательных напряжений на стенке. Это приводит к замедлению процессов порождения турбулентно- сти пограничного слоя, а следовательно, к сниже- нию сопротивления и гидродинамических шумов. В ходе экспериментальных исследований уста- новлено, что полиоксиэтилены с большей моле- кулярной массой эффективнее снижают гидроди- намические шумы (см. рис. 5). Причиной этого следует считать то, что под действием сдвиговых напряжений линейно-цепочные молекулы с боль- шей молекулярной массой при своем перемеще- нии в пристеночной области пограничного слоя вытягиваются в длину. Таким образом, увеличе- ние продольного масштаба полимерных молекул пролонгирует их пространственно-временному во- здействие на мелкомасштабные высокочастотные пристеночные вихри – источники псевдозвуковых пульсаций. Как видно из рис. 6, увеличение скорости обте- кания приводит к более эффективному снижению гидродинамических шумов. Действительно, с рос- том скорости обтекания профиль скорости стано- вится более заполненным, а толщина погранично- го слоя уменьшается. При этом спектр псевдозву- ковых пульсаций давления расширяется, а его спе- ктральные уровни возрастают, особенно в области высоких частот или волновых чисел [1,24,33]. Вво- димые же в пограничный слой высокомолекуляр- ные полимеры воздействуют преимущественно на когерентные мелкомасштабные вихревые струк- туры, обуславливающие высокочастотные пульса- ции давления. Известно, что в потоках полимеров пик в про- филях продольных пульсаций скорости перемеща- ется вверх от обтекаемой поверхности [15,36]. Дело в том, что наиболее эффективно полимерные ра- 40 В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 створы воздействуют на мелкомасштабные вихре- вые структуры, имеющие высокие волновые чис- ла, особенно в пристеночной области (см. рис. 7). В то же время, во внешней области турбулен- тного пограничного слоя пульсации полного дав- ления определяются крупномасштабными вихре- выми структурами, их уровни значительно ниже, чем в пристеночной области и эффективность дей- ствия полимерных добавок невелика. Это согласу- ется с результатами, наблюдавшимися в [10, 37]. ВЫВОДЫ В результате экспериментальных исследований установлено, что щелевая подача в турбулентный пограничный слой растворов высокомолекуляр- ных линейно-цепочных полимеров типа полиокси- этилена позволяет существенно снижать уровни гидродинамических шумов и сопротивления обте- каемого удлиненного тела вращения в широком диапазоне частот. Этот эффект наблюдается не только в интегральном, но и в спектральном пред- ставлении, особенно в области высоких частот и волновых чисел. При этом полимеры существенно изменяют структуру турбулентного пограничного слоя, воздействуя, главным образом, на когерен- тные мелкомасштабные высокочастотные присте- ночные вихри. Установлено, что сопутствующее уменьшение уровней спектральных составляющих гидродина- мического шума, регистрируемого на поверхно- сти хорошо обтекаемого гидравлически гладкого удлиненного тела вращения зависит от угла по- дачи и удельного расхода полимера, его молеку- лярной массы, скорости обтекания и расстояния от места ввода до точки регистрации. Максималь- ный эффект снижения гидродинамических шумов (до 10 дБ) получен при подаче полимера П3 под углом 15◦ с удельным расходом 1.5·10−3 кг/м2· с при скорости обтекания 15 м/с в диапазоне безра- змерных частот ω∗=1÷8. Обнаружено, что при наличии высокомолеку- лярных полимеров в турбулентном пограничном слое происходит существенное снижение пульса- ций полного давления во внутренней области по- гранслоя (до 12 дБ или в 4 раза) Во внешней области этот эффект менее выражен – до 5 дБ. Это указывает на то, что линейно-цепочные мо- лекулы полимера преимущественно воздействуют на буферную область турбулентного пограничного слоя, где происходит наиболее интенсивный про- цесс генерации турбулентности и шумообразова- ния. Исследования, проведенные в натурных усло- виях, показали, что при указанных оптимальных условиях щелевая подача растворов полиоксиэти- лена на подкилевой обтекатель эхолота рыболов- ного траулера снижает уровни гидродинамиче- ского шума до 10 дБ в рабочей полосе частот 3000±300 Гц. Ряд технических решений по снижению гидро- динамических шумов и сопротивления с помощью ввода растворов высокомолекулярных полимеров в турбулентный пограничный слой обтекаемых тел запатентован нами и на них получены авторские свидетельства на изобретения. БЛАГОДАРНОСТИ Авторы признательны и выражают свою бла- годарность научному сотруднику ИГМ НАНУ Г. П. Виноградному за подготовку и участие в про- ведении экспериментальных исследований. 1. Blake W. K. Mechanics of flow-induced sound and vi- bration: in 2 vols.– New York: Academic Press, 1986.– 974 p. 2. Ffowcs Williams J. E. Aeroacoustics // J. Sound Vib.– 1996.– 190, N 3.– P. 387–397. 3. Миниович И. Я., Перник А. Д., Петровский В. С. Гидродинамические источники звука.– Л.: Судо- строение, 1972.– 478 с. 4. Bull M. K. Wall-pressure fluctuations beneath turbulent boundary layers: Some reflections on forty years of research // J. Sound Vib.– 1996.– 190, N 3.– P. 299–315. 5. Смольяков А. В. Шум турбулентного погранично- го слоя на гладкой и шероховатой пластине при малых числах Маха // Акуст. ж.– 2001.– 47, N 2.– С. 264–272. 6. Dowling A. P. Underwater flow noise // Theor. Comput. Fluid Dynam.– 1998.– 10.– P. 135–153. 7. Dhanak M. R., Dowling A. P., Si C. Coherent vortex model for surface pressure fluctuations induced by the wall region of a turbulent boundary layer // Phys. Fluids.– 1997.– 9, N 12.– P. 2716–2731. 8. Bushnell D. M., Moore K. J. Drag reduction in nature // Ann. Rev. Fluid Mech.– 1991.– 23.– P. 65– 79. 9. Kim J. Control of turbulent boundary layers // Phys. Fluids.– 2003.– 15, N 5.– P. 1093–1105. 10. Семенов Б. Н., Амиров А. И., Кулик В. М. Сни- жение турбулентного сопротивления путем совме- стного использования податливого покрытия, га- зовых микропузырьков и полимерных добавок // Теплофиз. аэромех.– 1999.– 6, N 2.– С. 225–234. 11. Макаренков А. П., Виноградный Г. П., Скрипа- чев В. В., Канарский М. В. Влияние полимер- ных добавок на пульсации давления в пограни- чном слое // ИФЖ.– 1973.– 25, N 6.– С. 1006–1009. 12. Ptasinski P. K., Nieuwstadt F. T. M., Van den Brule B. H. A. A., Hulsen M. A. Experi- ments in turbulent pipe flow with polymer additives at maximum drag reduction // Flow, Turbulence Combust.– 2001.– 66, N 2.– P. 159–182. В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков 41 ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2007. Том 10, N 2. С. 33 – 42 13. Dubief Y. Numerical simulation of high drag reducti- on in a turbulent channel flow with polymer additives // Annual Research Briefs.– Center for Turbulence Research, 2003.– P. 439–448. 14. Корнилов В. И. Проблемы снижения турбулен- тного трения активными и пассивными методами (обзор) // Теплофиз. аэромех.– 2005.– 12, N 2.– С. 183–183. 15. Dubief Y., Terrapon V. E., White C. M., Shaqfeh E. S. G., Moin P., Lele S. K. New answers on the interaction between polymers and vortices in turbulent flows // Flow, Turbulence Combust.– 2005.– 74, N 3.– P. 311–329. 16. Yang S.-Q., Dou G. Drag reduction in a flat-plate boundary layer flow by polymer additives // Phys. Fluids.– 2005.– 17, N 6.– P. 065104-1–14. 17. Warholic M. D., Massah H., Hanratty T. J. Influence of drag-reducing polymers on turbulence: Effects of Reynolds number, concentration and mixing // Exp. Fluids.– 1999.– 27, N 4.– P. 461–472. 18. De Angelis E., Casciola C. M., Piva R. DNS of wall turbulence: Dilute polymers and self-sustaining mechanisms // Comp. Fluids.– 2002.– 31, N 4.– P. 495–507. 19. De Angelis E., Casciola C. M., L’vov V. S., Piva R., Procaccia I. Drag reduction by polymers in turbulent channel flows: Energy redistribution between invari- ant empirical modes // Phys. Rev. E.– 2003.– 67, N 5.– P. 056312-1–11. 20. Kulik V. M. Drag reduction change of polyethylenoxi- de solutions in pipe flow // Exp. Fluids.– 2001.– 31, N 5.– P. 558–566. 21. Виноградный Г. П., Канарский М. В., Макарен- ков А. П. Устройство для динамической тариров- ки датчиков давления: а. с. 1029021 СССР // БИ.– 1983.– N 5.– С. 47–48. 22. Виноградный Г. П., Макаренков А. П., Скри- пачев В. В. Пульсации статического и полного давления в пограничном слое в присутствии по- лимеров // Докл. Симпоз. по физике акустико- гидродинамических явлений.– Сухуми.– 1975.– С. 289–292. 23. Farabee T. M., Casarella M. J. Spectral features of wall pressure fluctuations beneath turbulent boundary layers // Phys. Fluids.– 1991.– 3, N 12.– P. 2410–2420. 24. Voskoboinick V. A., Makarenkov A. P. Spectral characteristics of the hydrodinamical noise in a longi- tudinal flow around a flexible cylinder // Int. J. Fluid Mech.– 2004.– 31, N 1.– P. 87–100. 25. Largeau J. F., Moriniere V. Wall pressure fluctuati- ons and topology in separated flows over a forward- facing step // Exp. Fluids.– 2007.– 42, N 1.– P. 21– 40. 26. Robinson S. K. The kinematics of turbulent boundary layer structure.– NASA Tech. Memor N 103859.– 1991.– 490 p. 27. Cantwell B. J. Organized motion in turbulent flow // Ann. Rev. Fluid Mech.– 1981.– 13.– P. 437–515. 28. Robinson S. K. Coherent motions in the turbulent boundary layer // Ann. Rev. Fluid Mech.– 1991.– 23.– P. 601–630. 29. Литвиненко Ю. А., Чернорай В. Г., Козлов В. В., Лефдал Л., Грек Г. Р., Чан Х. Х. Нелинейная си- нусоидальная и варикозная неустойчивость в по- граничном слое // Докл. РАН.– 2005.– 401, N 2.– С. 189–192. 30. Hoepffner J., Brandt L., Henningson D. S. Transient growth on boundary layer streaks // J. Fluid Mech.– 2005.– 537.– P. 91–100. 31. Litvinenko Yu. A., Chernoray V. G., Kozlov V. V., Grek G. R., Lufdahl L., Chun H. H. Adverse pressure gradient effect on nonlinear varicose instability of a streaky structure in an unswept wing boundary layer // Phys. Fluids.– 2005.– 17, N 11.– P. 118106- 1–4. 32. Воскобойник В. А., Гринченко В. Т., Макарен- ков А. П. Скорости переноса когерентных вихре- вых структур в турбулентном пограничном слое на цилиндре // Акуст. вiсн.– 2000.– 3, N 4.– С. 21– 29. 33. Смольяков А. В. Вычисление спектров псевдо- звуковых флуктуаций пристеночных давлений в турбулентных пограничных слоях // Акуст. ж.– 2000.– 46, N 3.– С. 401–407. 34. Voskoboinick V. A., Grinchenko V. T., Makarenkov A. P. Pseudo-sound behind an obstacle on a cylinder in axial flow // Int. J. Fluid Mech. Resch.– 2005.– 32, N 4.– P. 488–510. 35. White C. M., Somandepalli V. S. R., Mungal M. G. The turbulence structure of drag reduced boundary layer flow // Exp. Fluids.– 2004.– 36, N 1.– P. 62–69. 36. Brasseur J. G., Robert A., Collins L. R., Vaithi- anathan T. Fundamental physics underlying polymer drag reduction, from homogeneous DNS turbulence with the FENE-P model // 2-nd Int. Sympos. Seawater Drag Reduction.– Busan, Korea, 2005.– P. 1–11. 37. Кутателадзе С. С., Миронов Б. П., Накоря- ков В. Е., Хабахпашева Е. М. Экспериментальное исследование пристенных турбулентных течений.– Новосибирск: Наука, 1975.– 166 с. 42 В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1037
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1028-7507
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:06:29Z
publishDate	2007
publisher	Інститут гідромеханіки НАН України
record_format	dspace
spelling	Воскобойник, В.А. Гринченко, В.Т. Макаренков, А.П. 2008-07-15T09:03:30Z 2008-07-15T09:03:30Z 2007 Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров / В. А. Воскобойник, В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков // Акуст. вісн. — 2007. — Т. 10, N 2. — С. 33-42. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. 1028-7507 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1037 532.5.526 Представлены экспериментальные оценки влияния подачи высокомолекулярных полимеров в турбулентный пограничный слой тела вращения на гидродинамическое сопротивление и шумы. Исследования проведены для турбулентного режима обтекания гидравлически гладкого удлиненного тела, в носовой части которого через кольцевую щель подавались растворы линейно-цепочного полимера (типа полиоксиэтилена). Изучено влияние угла ввода полимерного раствора, скорости обтекания, молекулярной массы и удельного расхода полимера на гидродинамические характеристики тела. Определены оптимальные условия щелевой подачи раствора, обеспечивающие максимальное снижение гидродинамического сопротивления и шумов обтекания. Исследовано воздействие высокомолекулярных полимеров на распределение спектральных уровней шумов вдоль обтекаемой поверхности и по толщине турбулентного пограничного слоя. Обоснован механизм влияния полимеров на структуру турбулентного пограничного слоя и источники шумообразования в рассмотренной системе. Наведені експериментальні оцінки впливу подачі високомолекулярних полімерів до турбулентного межового шару тіла обертання на гідродинамічний опір і шуми. Дослідження проведено для турбулентного режиму обтікання гідравлічно гладкого видовженого тіла, у носовій частині якого через кільцеву щілину подавалися розчини лінійно-ланцюгового полімеру (типу поліоксиетилену). Вивчено вплив кута введення полімерного розчину, швидкості обтікання, молекулярної маси й питомої витрати полімеру на гідродинамічні характеристики тіла. Знайдено оптимальні умови щілинної подачі високомолекулярного полімеру, які забезпечують максимальне зменшення гідродинамічного опору й шумів обтікання. Досліджена дія високомолекулярних полімерів на розподіл спектральних рівнів шумів вздовж поверхні, що обтікається, і по товщині турбулентного межового шару. Обґрунтовано механізм впливу полімерів на структуру турбулентного межового шару та джерела шумоутворення в розглянутій системі. The paper deals with estimating experimentally the effect of high-molecular polymer supply to turbulent boundary layer of the body of revolution on its hydrodynamic drag and noise. The study was carried out for a turbulent flow over a hydraulically smooth slender body, in which fore part the solutions of linearly chained polymers (of the polyoxiethylene type) were fed through the ring slot. The effect of the input angle for polymeric solution, flow-around velocity, molecular mass and discharge intensity of the polymer on the body hydrodynamic characteristics are investigated. The optimum conditions have been found for slot feeding of the high-molecular polymer providing the maximal hydrodynamic drag and flow noise reduction. The effect of high-molecular polymers on distribution of noise spectral levels has been studied along the flowed surface, as well as with respect to thickness of the turbulent boundary layer. For the system under consideration, the mechanism of polymer influence on the turbulent boundary layer structure and noise sources has been substantiated. ru Інститут гідромеханіки НАН України Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров Hydrodynamic noise reduction by high-molecular polymer solutions Article published earlier
spellingShingle	Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров Воскобойник, В.А. Гринченко, В.Т. Макаренков, А.П.
title	Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров
title_alt	Hydrodynamic noise reduction by high-molecular polymer solutions
title_full	Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров
title_fullStr	Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров
title_full_unstemmed	Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров
title_short	Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров
title_sort	снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1037
work_keys_str_mv	AT voskoboinikva sniženiegidrodinamičeskihšumovrastvoramivysokomolekulârnyhpolimerov AT grinčenkovt sniženiegidrodinamičeskihšumovrastvoramivysokomolekulârnyhpolimerov AT makarenkovap sniženiegidrodinamičeskihšumovrastvoramivysokomolekulârnyhpolimerov AT voskoboinikva hydrodynamicnoisereductionbyhighmolecularpolymersolutions AT grinčenkovt hydrodynamicnoisereductionbyhighmolecularpolymersolutions AT makarenkovap hydrodynamicnoisereductionbyhighmolecularpolymersolutions

Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров

Репозитарії

Схожі ресурси