Источники резонансных мод осцилляций внутри обтекаемой полусферической лунки

Abstract

Экспериментально изучена генерация резонансных мод осцилляций, обусловленных взаимодействием гидродинамических и гидроакустических явлений внутри трехмерной полусферической лунки. Приведены результаты визуальных исследований особенностей вихревого движения как в лунке, так и в ее окрестности. В зависимости от режима течения, обнаружены симметричные и асимметричные крупномасштабные вихревые системы внутри лунки. Указаны местоположение и периодичность их выброса наружу. Термоанемометрические измерения профилей средних значений и пульсаций продольной скорости и поперечной завихренности показали наличие областей ускорения и торможения вихревого потока, зон возвратного и циркуляционного течения внутри трехмерной лунки. В спектрах пульсаций скорости обнаружены дискретные высокодобротные пики в четырех частотных диапазонах. Они соответствуют частоте вращения вихревых систем внутри лунки; частоте их выбросов наружу; частоте следовой моды колебания вихревого движения в лунке, обусловленной гидродинамическим резонансом, и частоте автоколебаний внутри углубления, создающих вторую моду Розитэ (последние отвечают гидроакустическому резонансу). Указаны форма и размеры квазиустойчивых крупномасштабных вихревых структур, области их зарождения и этапы развития.

Експериментально вивчено генерацію резонансних мод осциляцій, обумовлених взаємодією гідродинамічних та гідроакустичних явищ усередині тривимірної напівсферичної лунки. Наведені результати візуальних досліджень особливостей вихрового руху як у лунці, так і в її околі. В залежності від режиму течії, знайдені симетричні й асиметричні великомасштабні вихрові системи всередині лунки. Вказані місцезнаходження й періодичність їх викиду назовні. Термоанемометричні вимірювання профілів середніх значень і пульсацій повздовжньої швидкості й поперечної завихореності показали наявність областей прискорення і гальмування вихрового потоку, зони зворотної й циркуляційної течії всередині тривимірної лунки. У спектрах пульсацій швидкості знайдені дискретні високодобротні піки у чотирьох частотних діапазонах. Вони відповідають частоті обертання вихрових систем усередині лунки; частоті їх викидів з неї; частоті слідової моди коливання вихрового руху в лунці, обумовленої гідродинамічним резонансом, і частоті автоколивань всередині заглиблення, які створюють другу моду Розіте (останні відповідають гідроакустичному резонансу). Вказані форма й розміри квазістійких великомасштабних вихрових структур, області їхнього зародження й етапи розвитку.

The paper deals with experimental studying of generation of resonant oscillation modes caused by interaction of hydrodynamic and hydroacoustic phenomena inside the three-dimensional hemispherical cavity. The results of visual investigation of vortical motion features are presented both for the cavity inside, and its vicinity. Depending on flow regime, the symmetric and asymmetric large-scale vortex systems are found inside the cavity. Their location and periodicity of separation are pointed out. The hot-wire measurements of mean value and fluctuations of streamwise velocity and crosswise vorticity profiles show the existence of regions of acceleration and deceleration of the vortex flow, zones of the reverse and circulating flows inside the three-dimensional cavity. The discrete high-quality peaks in four frequency ranges are found in the spectra of velocity fluctuations. They correspond to rotating frequency of vortex systems inside the cavity; their separation frequency; wake mode frequency of oscillations of cavity vortical motion, caused by a hydrodynamic resonance, and self-oscillation frequency inside the cavity, that forms the second Rossiter shear layer mode of self-sustained oscillations (the letter correspond to a hydroacoustic resonance). Form and sizes of quasi-stable large-scale vortex structures, regions of their origin and development stages are pointed out.