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自持方位气动声学模式。一: 旋转波对平均流的对称破坏。 (英语) Zbl 07742509号

小结:在本文中,我们研究了湍流管流中深轴对称空腔中发生的气动声学不稳定性。这种现象是矩形深腔在掠流作用下经典哨声的轴对称对应物。这种轴对称空腔的哨声源于空腔开口处涡度的相干涨落与其捕获的方位或径向声波模式之一的相互作用。我们在这里关注的是第一个纯方位模的情况,它被困在腔中。由于构型的旋转对称性,方位模实际上是简并本征模对,或者在小不对称情况下几乎简并。因此,与矩形深腔情况相比,气动声学不稳定性表现出更复杂的机制。特别地,我们证明了自持自旋模式会导致平均流的对称破缺,我们将解释这一现象的细节。为此,进行了同时声学和时间分辨立体粒子图像测速(PIV)测量。他们揭示了当大振幅气动声波围绕空腔旋转时,准静态平均流开始以与波传播相反的方向缓慢旋转。围绕轴对称平均流的线性摄动分析证实了实验观察结果:尽管流入的管流没有旋转,但由于相干雷诺应力张量稳定部分的强迫,气动声波的水动力分量导致平均流发生这种旋转运动。
关于第二部分,参见[第一作者等人,J.Fluid Mech.971,论文编号A22,28 p.(2023;Zbl 07742510号)].

MSC公司:

2005年第76季度 水力和气动声学
76E05型 水动力稳定性中的平行剪切流
76F10层 剪切流和湍流
76-05 流体力学相关问题的实验工作

引文:

Zbl 07742510号
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Abdelmwgoud,M.、Shaaban,M.和Mohany,A.2020轴对称浅腔中自激声模的流动动力学和方位角行为。物理学。流体32(11),115109。
[2] Aguilar,J.G.,Dawson,J.R.,Schuller,T.,Durox,D.,Prieur,K.&Candel,S.2021通过打破环形燃烧室中的对称性来锁定方位模式。库布斯特。火焰234111639。
[3] Delálamo,J.C.和Jiménez,J.2006湍流通道中的线性能量放大。《流体力学杂志》559,205-213·Zbl 1095.76021号
[4] Aly,K.&Ziada,S.2010导管浅腔捕获模式的流激共振。《流体结构杂志》26(1),92-120。
[5] Aly,K.&Ziada,S.2011内部浅腔流激径向模式的方位行为。J.声音Vib.330(15),3666-3683。
[6] Aly,K.和Ziada,S.2016导管浅腔中声捕获模式的流激共振综述。J.出版社。《容器技术》138(4),040803。
[7] Balanov,A.,Janson,N.,Postnov,D.和Sosnovtseva,O.2009同步:从简单到复杂。施普林格·Zbl 1163.34001号
[8] Barannyk,O.&Oshkai,P.2014深轴对称腔中径向声模式的旋转行为,带倒角边缘。《压力容器和管道会议记录》,第4卷,PVP2014-28272。美国机械工程师学会。
[9] Barkley,D.2006圆柱尾迹平均流的线性分析。欧洲鱼。信件75(5),750-756。
[10] Bauerheim,M.,Cazalens,M.&Poinsot,T.2015环形燃烧室内平均方位流和不对称对热声模式影响的理论研究。程序。库布斯特。仪器35(3),3219-3227。
[11] Bauerheim,M.,Salas,P.,Nicoud,F.&Poinsot,T.2014环形腔中方位热声模式的对称破缺:理论研究。《流体力学杂志》760,431-465·Zbl 1331.76108号
[12] Beneddine,S.、Mettot,C.和Sipp,D.2015欠膨胀尖叫喷流的全球稳定性分析。欧洲力学杂志。(B/液体)49、392-399。
[13] Beneddine,S.、Sipp,D.、Arnault,A.、Dandois,J.和Lesshafft,L.2016平均流量稳定性分析有效性的条件。《流体力学杂志》798,485-504·Zbl 1422.76070号
[14] Bolurian,S.&Morris,P.J.2003声学流媒体:从瑞利到今天。《国际空气声学杂志》2(3),255-292。
[15] Boujo,E.,Bauerheim,M.&Noiray,N.2018空腔上方湍流混合层的饱和:对平均流周围谐波强迫的响应。《流体力学杂志》853、386-418·Zbl 1415.76389号
[16] Boujo,E.&Gallaire,F.2015噪声放大器流中随机响应的灵敏度和开环控制:反向步骤。《流体力学杂志》762,361-392。
[17] Bourquard,C.、Faure-Beaulieu,A.和Noiray,N.2021受紊流掠流影响的深空腔哨声:间歇性不稳定气动声学反馈。《流体力学杂志》909,A19·Zbl 1461.76398号
[18] Braess,D.2007《有限元:固体力学中的理论、快速求解和应用》,第3版。剑桥大学出版社·Zbl 1118.65117号
[19] Chomaz,J.-M.2005空间发展流中的全球不稳定性:非正态性和非线性。年。《流体力学评论》37(1),357-392·Zbl 1117.76027号
[20] Dai,X.2021声谐振器中的涡声共振:斯特鲁哈尔数变化、失稳和稳定。《流体力学杂志》919,A19·兹比尔1486.76072
[21] Delbende,I.、Chomaz,J.-M.和Huerre,P.1998巴切洛涡旋中的绝对/对流不稳定性:线性脉冲响应的数值研究。《流体力学杂志》355、229-254·Zbl 0905.76030号
[22] East,L.F.1966矩形空腔中的空气动力学诱发共振。J.Sound Vib.3(3),277-287。
[23] Elder,S.A,Farabee,T.M&Demetz,F.C.1982低马赫数下流激腔音调的机理。J.声学。Soc.Am.72,532-549。
[24] Fani,A.、Citro,V.、Giannetti,F.和Auteri,F.2018通过自洽平均流量公式计算钝体声音产生。物理学。流体30(3),036102。
[25] Farrell,B.F.和Ioannou,P.J.1996广义稳定性理论。第一部分:自主操作员。J.大气。科学53(14),2025-2040。
[26] Faure-Beaulieu,A.,Indlekofer,T.,Dawson,J.R.&Noiray,N.2021a环形燃烧室中顺时针和逆时针旋转热声模式之间间歇过渡的实验和低阶建模。程序。库布斯特。仪器38(4),5943-5951。
[27] Faure-Beaulieu,A.,Indlekofer,T.,Dawson,R.&Noiray,N.2021b实际环形燃烧室的不完全对称性:跳动热声模式和异宿轨道。《流体力学杂志》925,R1·Zbl 1503.76126号
[28] Faure Beaulieu,A.和Noiray,N.2020方位波的对称破缺:布洛赫球体上的慢流动力学。物理学。流体版本5(2),023201。
[29] Faure-Beaulieu,A.,Pedergnana,T.&Noiray,N.2023自持方位气动声学模式。第2部分。旋转平均流对模态动力学的影响。《流体力学杂志》971,A22·Zbl 07742510号
[30] Flamant,J.、Le Bihan,N.和Chainais,P.2017双变量信号的时频分析。申请。计算。哈蒙。分析46(2),351-383·Zbl 1434.94024号
[31] Forestier,N.、Jacquin,L.和Geffroy,P.2003高亚音速深腔上的混合层。《流体力学杂志》475101-145·Zbl 1045.76504号
[32] Gallaire,F.&Chomaz,J.-M.2003旋转射流实验中的模式选择:线性稳定性分析。《流体力学杂志》494,223-253·Zbl 1078.76033号
[33] Garnaud,X.,Lesshaft,L.,Schmid,P.J.&Huerre,P.2013不可压缩射流的首选模式:线性频率响应分析。《流体力学杂志》716189-202·Zbl 1284.76149号
[34] Gedeon,D.1997斯特林和脉管制冷机中的直流气流,第385-392页。斯普林格。
[35] Ghirardo,G.和Bothien,M.R.2018方位不稳定性的四元数结构。物理学。流体版本3(11),113202。
[36] Ghirardo,G.、Juniper,M.P.和Moeck,J.P.,2016环形燃烧室热声不稳定性的弱非线性分析。《流体力学杂志》805、52-87·Zbl 1454.80010号
[37] Gikadi,J.,Föller,S.&Sattelmayer,T.2014湍流对线性气动声学相互作用预测的影响:湍流剪切层的声学响应。J.Sound Vib.333,6548-6559。
[38] Gloerfelt,X.,Bogey,C.&Bailly,C.2003流致空腔噪声中多声调共存的数值研究。第九届AIAA/CEAS空气声学会议和展览记录,第3234页。美国汽车协会。
[39] Handa,T.、Miyachi,H.、Kakuno,H.,Ozaki,T.和Maruyama,S.2015超音速深凹流反馈机制建模。AIAA J.53(2),第420-425页。
[40] Hill,D.1992分析尾流再稳定的理论方法。《美国航空航天协会第30届航空航天科学会议和展览记录》,第67页。美国汽车协会。
[41] Ho,Y.W.和Kim,J.W.2021A声共振中深腔流动的壁分辨大涡模拟。《流体力学杂志》917,A17。
[42] Hoffmann,F.,Woltersdorf,G.,Perzlmaier,K.,Slavin,A.N.,Tiberkevitch,V.S.,Bischof,A.,Weiss,D.&Back,C.H.2007由于磁盘中磁芯的去除导致的模式简并。物理学。版本B76014416。
[43] Howe,M.S.1979低马赫数喷嘴流中的声音衰减。《流体力学杂志》91(2),209-229·Zbl 0414.76061号
[44] Howe,M.S.2002《旋涡声音理论》。剑桥大学出版社。
[45] Indlekofer,T.、Faure Beaulieu,A.、Dawson,J.R.和Noiray,N.2022不完美环形几何形状中热声本征模的瞬时和显式对称破缺。《流体力学杂志》944,A15·Zbl 1510.76148号
[46] Iungo,G.V.,Viola,F.,Camarri,S.,Porté-Agel,F.&Gallaire,F.2013风洞测量中风力涡轮机尾迹的线性稳定性分析。《流体力学杂志》737,499-526·Zbl 1294.76135号
[47] Jackson,C.P.1987A不同形状物体流动中漩涡脱落开始的有限元研究。《流体力学杂志》182,23-45·Zbl 0639.76041号
[48] Jeong,J.&Hussain,F.1995关于旋涡的识别。《流体力学杂志》285、69-94·Zbl 0847.76007号
[49] Kitsios,V.,Cordier,L.,Bonnet,J.P.,Ooi,A.&Soria,J.2010湍流通道三重分解稳定性分析的非线性涡粘性闭合的开发。《流体力学杂志》664,74-107·Zbl 1221.76083号
[50] Mantič-Lugo,V.,Arratia,C.&Gallaire,F.2014圆柱尾迹涡旋脱落非线性饱和的自洽平均流描述。物理学。修订稿113,084501。
[51] Marquet,O.,Sipp,D.&Jacquin,L.2008气缸流量的灵敏度分析和被动控制。《流体力学杂志》615,221-252·Zbl 1165.76012号
[52] Mazzei,A.,Götzinger,S.,De S.Menezes,L.,Zumofen,G.,Benson,O.&Sandoghar,V.2007单个瑞利散射体对反向耳语廊模式的控制耦合:量子光中的经典问题。物理学。版次:Lett.99173603。
[53] Meliga,P.,Sipp,D.&Chomaz,J.-M.2010使用伴随方法对可压缩后体流动进行开放式控制。物理学。流体22(5),054109·Zbl 1190.76089号
[54] Meliga,P.2017开放腔流的谐波产生和饱和机理:二阶自洽描述。《流体力学杂志》826503-521·Zbl 1430.76123号
[55] Meliga,P.,Pujals,G.&Serre,E.2012使用全局稳定性对通过D形圆柱的二维湍流的敏感性。物理学。流体24(6),061701。
[56] Meliga,P.,Sipp,D.&Chomaz,J.-M.2009高雷诺数跨声速尾流中的大象模式和低频不稳定性。物理学。流体21(5),054105·Zbl 1183.76351号
[57] Monkewitz,P.A.1988关于轴对称钝体旋涡脱落的注释。《流体力学杂志》192、561-575·Zbl 0657.76041号
[58] Morse,P.M.和Ingard,K.U.1968理论声学。麦格劳·希尔。
[59] Nakiboólu,G.,Manders,H.B.M.&Hirschberg,A.2012紧凑轴对称腔产生的气动声功率:自持振荡的预测和深度的影响。《流体力学杂志》703,163-191·Zbl 1248.76128号
[60] Natarajan,R.&Acrivos,A.1993球体和圆盘稳定流动的不稳定性。《流体力学杂志》254、323-344·Zbl 0780.76027号
[61] Noiray,N.、Bothien,M.R.和Schuermans,B.2011环形燃气轮机中方位分段概念的研究。库布斯特。理论模型15(5),585-606·Zbl 1229.80015号
[62] Noiray,N.和Denisov,A.2017A从动态压力时间序列中识别燃烧室热声增长率的方法。程序。库布斯特。Inst.36(3),3843-3850。
[63] Noiray,N.和Schuermans,B.2013关于环形燃气轮机燃烧室中方位热声模式的动态性质。程序。R.Soc.A469(2151),20120535。
[64] Oberleithner,K.,Paschereit,C.O.&Wygnanski,I.2014《涡流对相干结构增长的影响》。《流体力学杂志》741,156-199。
[65] Oberleithner,K.,Schimek,S.&Paschereit,C.O.2015旋流稳定燃烧室内的剪切流动不稳定性及其对振幅相关火焰响应的影响:线性稳定性分析。库布斯特。火焰162(1),86-99。
[66] Oberleithner,K.,Sieber,M.,Nayeri,C.N.,Paschereit,C.O.,Petz,C.,Hege,H.-C.,Noack,B.R.&Wygnanski,I.2011经历涡流破裂的旋转射流中的三维相干结构:稳定性分析和经验模式构建。《流体力学杂志》679,383-414·Zbl 1241.76206号
[67] Oshkai,P.&Barannyk,O.2013深轴对称空腔中流-声耦合的实验研究。《压力容器和管道会议记录》,第4卷,PVP2013-97103。美国机械工程师学会。
[68] Oshkai,P.&Barannyk,O.2014深轴对称腔中不稳定声耦合剪切层的定量可视化。《压力容器和管道会议记录》,第4卷,PVP2014-28271。美国机械工程师学会。
[69] Pedergnana,T.,Bourquard,C.,Faure-Beaulieu,A.&Noiray,N.2021,紊流掠流下简谐受迫侧支孔的非线性气动声学响应建模。物理学。修订版流体6,023903·Zbl 1461.76398号
[70] Pier,B.2002关于圆柱尾迹中有限振幅涡旋脱落的频率选择。《流体力学杂志》第458卷,第407-417页·Zbl 1060.76031号
[71] Qadri,U.A.,Mistry,D.和Juniper,M.P.2013螺旋涡破裂的结构敏感性。《流体力学杂志》720、558-581·Zbl 1284.76151号
[72] Reynolds,W.C.和Hussain,A.K.M.F.1972湍流剪切流中有组织波的力学。第3部分。理论模型和实验对比。《流体力学杂志》54,263-288。
[73] Rockwell,D.和Naudascher,E.1978回顾——流经空腔的自持续振荡。变速器。ASME流体工程杂志100(2),152-165。
[74] Rouwenhorst,D.,Hermann,J.&Polifke,W.2017圆柱对称破缺环形燃烧系统中方位体流动的分岔研究。Intl J.喷雾燃烧。第9王朝(4),438-451。
[75] Rukes,L.,Paschereit,C.O.&Oberleithner,K.2016强旋转射流线性水动力稳定性分析的湍流模型评估。欧洲力学杂志。(B/液体)59、205-218·Zbl 1408.76276号
[76] Sipp,D.&Lebedev,A.2007基流和平均流的全局稳定性:圆柱流和空腔流的一般方法及其应用。《流体力学杂志》593、333-358·Zbl 1172.76318号
[77] Sipp,D.&Marquet,O.2013气缸流量的灵敏度分析和被动控制。西奥。计算。流体动力学27,617-635。
[78] Sipp,D.,Marquet,O.,Meliga,P.&Barbagallo,A.2010开放流中全局不稳定性的动力学和控制:线性化方法。申请。机械。修订版63(3),030801。
[79] Tammisola,O.&Juniper,M.P.2016通过非线性模拟和线性整体模式,在\(RE=4800\)的涡流喷射器中的相干结构。《流体力学杂志》792、620-657·Zbl 1381.76078号
[80] Turton,S.E.、Tuckerman,L.S.和Barkley,D.2015从平均流量预测热溶质对流的频率。物理学。修订版E91043009。
[81] Viola,F.,Iungo,G.V.,Camarri,S.,Porté-Agel,F.&Gallaire,F.2014风力涡轮机尾迹中轮毂涡不稳定性的预测:使用根据风洞数据校准的涡粘模型进行稳定性分析。J.流体力学750,R1·Zbl 1294.76135号
[82] Wang,P.&Liu,Y.2020腔内流动声共振场的自旋行为:涡塞模式和径向声模式。物理学。流体32(8),085109。
[83] Worth,N.A.和Dawson,J.R.2013环形燃烧室内自激方位不稳定性的模态动力学。库布斯特。火焰160(11),2476-2489。
[84] Wu,X.&Zhuang,X.2016湍流自由剪切层中大规模相干结构的非线性动力学。《流体力学杂志》787,396-439·Zbl 1359.76120号
[85] Yamouni,S.、Sipp,D.和Jacquin,L.2013空腔流中反馈气动声学和声学共振机制之间的相互作用:整体稳定性分析。《流体力学杂志》717、134-165·Zbl 1284.76181号
[86] Yim,E.,Meliga,P.&Gallaire,F.2019有限振幅谐波强迫下后向台阶湍流的自洽三重分解。程序。R.Soc.A:数学。物理学。工程科学475(2225),20190018。
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