Подавление волн неустойчивости в стохастически возбужденной турбулентной низкоскоростной струе с использованием упреждающего управления

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Впервые продемонстрирована возможность упреждающего управления когерентными структурами (волнами неустойчивости) в низкоскоростной стохастически возбужденной турбулентной струе при числах Маха M = 0.11 и Рейнольдса Re = 1.2 × 105. Управляющие возмущения вводились в струю с помощью плазменного актуатора на основе барьерного разряда, размещенного на кромке сопла. Возбуждение струи осуществлялось естественными широкополосными возмущениями. Сигнал для управления был получен с помощью термоанемометра, установленного внутри сопла. Получено снижение пульсаций скорости, ассоциированных с волнами неустойчивости, на 2 дБ по всей длине струи в области чисел Струхаля 0.2 ≤ Sh ≤ 2. Показано, что подавление возмущений приводит к некоторому уменьшению толщины сдвигового слоя на границе струи.

Full Text

Restricted Access

About the authors

И. А. Моралев

Объединенный институт высоких температур РАН

Author for correspondence.
Email: morler@mail.ru
Russian Federation, Москва

А. Я. Котвицкий

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: morler@mail.ru
Russian Federation, Москва

О. П. Бычков

Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского

Email: morler@mail.ru
Russian Federation, Жуковский

References

  1. Jordan P., Colonius T. Wave Packets and Turbulent Jet Noise // Annu. Rev. Fluid Mech. 2013. V. 45. P. 173.
  2. Копьев В.Ф., Бычков О.П., Копьев В.А., Фараносов Г.А., Моралев И.А., Казанский П.Н. Активное управление шумом взаимодействия струи и крыла с помощью плазменных актуаторов в узкой полосе частот // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 2. С. 177.
  3. Копьев В.Ф., Битюрин В.А., Беляев И.В., Годин С.М., Зайцев М.Ю., Климов А.И., Копьев В.А., Моралев И.А., Остриков Н.Н. Управление шумом струи с помощью плазменных актуаторов диэлектрического барьерного разряда // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 4. С. 473.
  4. Власов Е.В., Гиневский А.С. Акустическое воздействие на аэродинамические характеристики турбулентной струи // Изв. АН СССР. МЖГ. 1967. № 4. С. 133.
  5. Samimy M., Webb N., Esfahani A. Reinventing the Wheel: Excitation of Flow Instabilities for Active Flow Control Using Plasma Actuators // J. Phys. D. Appl. Phys. 2019. V. 52. P. 354002.
  6. Pickering E., Rigas G., Nogueira P.A., Cavalieri A.V., Schmidt O.T., Colonius T. Lift-up, Kelvin–Helmholtz and Orr Mechanisms in Turbulent Jets // J. Fluid. Mech. 2020. V. 896. № A2. P. 1.
  7. Kopiev V.F., Akishev Y.S., Belyaev I.V. et al. Instability Wave Control in Turbulent Jet by Plasma Actuators // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. P. 505201.
  8. Стариковский А.Ю., Александров Н.Л. Управление газодинамическими потоками с помощью сверхбыстрого локального нагрева в сильнонеравновесной импульсной плазме // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 126.
  9. Копьев В.Ф., Бычков О.П., Копьев В.А., Фараносов Г.А., Моралев И.А., Казанский П.Н. Управление волнами неустойчивости в невозбужденной турбулентной струе с помощью плазменных актуаторов в узкой полосе частот // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 4. С. 431.
  10. Åström K.J., Murray R.M. Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers. Princeton: University Press, 2008. 408 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Experimental scheme and schematic diagram of the control system (a); plasma actuator design (b): 1 – ceramic sputtering, 2 – internal electrode (base), 3 – corona electrode; (c) – a photo of the nozzle with a discharge on the edge.

Download (125KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Spectra measured by a thermoanemometer on the jet axis (a): 1 – in the X/D section = 0.5, 2 – 1.5, 3 – 2.5, 4 – 3; ( b) are the growth curves of the total longitudinal velocity pulsations in the 10-2000 Hz band (0.2 ≤ Sh ≤ 2): dashed curve – control measurements, solid curve – with control.

Download (130KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Velocity profiles (a) at position X/D = = 2 (1), ripples in the full frequency band (2) and in the band Sh = 3-9 (3); (b) – the difference between velocity profiles (1) and high-frequency ripples (2) with and without control; (c) – pulsation spectra at position X/D = 2: 1 – R/D = 0, 2 – 0.5, 3 – 1, 4 – 1.5; dashed curve – control measurements, solid curve – with control.

Download (187KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences