Применение метода PIV для измерения параметров пульсаций скорости в слое смешения дозвуковой затопленной струи

Проведено исследование характеристик пульсаций скорости газового потока в начальном участке дозвуковой турбулентной струи, истекающей в затопленное пространство. Геометрическое число Маха на срезе сопла M_a = 0,85. Проведено сравнение данных, полученных с применением бесконтактного панорамного метода PIV, зондирования потока приемником полного давления и численного моделирования. Показана возможность использования метода PIV для оценки параметров пульсаций скорости потока и выявлены некоторые источники появления ошибки измерения.

1. Абрамович Г. Н. Гришович Т. А., Крашенинников С. Ю., Секундов А. Н., Смирнова И. П. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1984.

2. Кузнецов В. М. Эффективность методов снижения шума реактивных струй двигателей пассажирских самолетов // Акуст. журн. 2010. Т. 56, № 1. С. 91–102.

3. Батура Н. И., Гаджимагомедов Г. Г., Масленников Г. Я. Исследование влияния вихрегенераторов на пульсации слоя смешения струи в аэродинамической трубе с открытой рабочей частью // XII Всеросс. съезд по фундамент. пробл. теорет. и прикл. мех.: сб. трудов. 2019. Т. 2. С. 500–502.

4. Гольцман А. Е., Давлетшин И. А., Паерелий А. А. PIV-метод для исследования структуры пульсирующего течения в гладком канале // Теплофизика и аэромеханика. 2013. Т. 20, № 3. С. 367–374.

5. Терехов В. И., Стародумова Д. Ю., Шаров К. А. Измерение системой PIV средних и пульсационных скоростей в газокапельной струе с низкой концентрацией дисперсной фазы // Теплофизика и аэромеханика. 2008. Т. 15, № 3. С. 427–434.

6. McCormick F., Gibeau B., Ghaemi S. Reactive control of velocity fluctuations using an active deformable surface and real-time PIV // J. Fluid Mech. 2024. Vol. 985 (A9). P. 1–43.

7. Nakamura Y., Chinen M., Sakakibara M., Miyagawa K. Influence of pulsating flow on turbine performance investigated by DES and PIV // Proc. of the ASME 5th Joint US-Europian engineering division summer meeting (FEDSM2018), July 15-20, Montreal, Quebec, Canada. 2018.

8. Murugan S., Huang R. F., Hsu C. M. Effect of annular flow pulsation on flow and mixing characteristics of double concentric jets at low central jet Reynolds number // Int. J. Mech. Sciences. 2020. Vol. 186. P. 1–16.

9. Sultan Q., Lalizel G., Fenot M., Dorignac E. Influence of coolant jet pulsation on the convective film cooling of an adiabatic wall // Transactions of the ASME. 2017. Vol. 139. 022201–12.

10. Manovski P., Rowin W. A., Ng H., Gulotta P., Giacobello M., de Silva C., Hutchins N., Marusic I. The spectral response of time-resolved PIV in a turbulent boundary layer // Exp. in Fluids. 2025. Vol. 66(134). P. 1–26.

11. Yadav H., Srivastava A., Agrawal A. Characterization of pulsating submerged jet – a particle image velocimetry study // J. Thermal Science and Engin. App. 2016. Vol. 8. 011014–9.

12. Ахметбеков Е. К., Бильский А. В., Маркович Д. М., Маслов А. А., Поливанов П. А., Цырюльников И. С., Ярославцев М. И. Применение лазерного измерительного комплекса «ПОЛИС» для измерений полей скоростей в сверхзвуковом потоке в аэродинамических трубах // Теплофизика и аэромеханика. 2009. Т. 16, № 3. С. 343–352.

13. Zapryagaev V. I., Kavun I. N., Pivovarov A. A. Pulsations parameters in the mixing layer of high-speed subsonic jet // AIP Conference Proceedings of the XX International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR – 2020), November 1-7, 2020, Novosibirsk, Russia. Vol. 2351. No. 1. -S.l.: AIP Publishing, 2021. -040051(7) p.

14. Бойко В. М., Пивоваров А. А., Поплавский С. В. Измерение скорости газа в высокоградиентном потоке по скорости трассирующих частиц // Физика горения и взрыва. 2013. Т. 49, № 5. С. 49–54.

15. Бойко В. М., Запрягаев В. И., Пивоваров А. А., Поплавский С. В. Коррекция данных PIV для восстановления скорости газа в сверхзвуковой недорасширенной струе // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 5. С. 87–97.

16. Запрягаев В. И., Кавун И. Н., Рыбак С. П., Пивоваров А. А. Определение параметров трансзвукового течения в следе за конусом // Прикладная механика и техническая физика. 2022. Т. 63, № 6. С. 31–42.

17. Бойко В. М., Достовалов А. В., Запрягаев В. И., Кавун И. Н., Киселев Н. П., Пивоваров А. А. Исследование структуры сверхзвуковых неизобарических струй // Учен. зап. Центр. аэрогидродинам. ин-та. 2010. Т. 41, № 2. С. 44–58.

18. Запрягаев В. И., Киселев Н. П., Пивоваров А. А. Газодинамическая структура осесимметричной сверхзвуковой недорасширенной струи // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2015. № 1. С. 95–107.

19. Крашенинников С. Ю., Семенов П. А. Анализ характеристик пульсационного движения в турбулентной струе в процессах смешения и шумообразования // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2022. № 4. С. 26–40.

20. Губанов Д. А., Дядькин А. А., Запрягаев В. И. и др. Экспериментальное исследование влияния шероховатости сопла на параметры течения в слое смешения осесимметричной высокоскоростной дозвуковой струи // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2020. № 2. С. 42–50.