УПРАВЛЕНИЕ БЕЗОПАСНЫМ И РАЦИОНАЛЬНЫМ СНИЖЕНИЕМ ШУМА НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ СТРУЙ

С.В. Остах (Московский институт пожарной безопасности, Россия)

Турбулентные неизотермические струи, широко используемые в различных летательных аппаратах и промышленных: газодинамических установках, являются интенсивными источниками шума. Поэтому в настоящее время активно изучается безопасное и раииональное использование нагретых сред. Это вызвано усилением нормативных требований по их акустической генерации.

Проблема уменьшения шума неизотермического течения решаема путем гашения пульсаций потока в выходном сечении и распылителя и за счет изменения начальных параметров истечения. Особые перспективы связываются с возможностями снижения интенсивности и варьирования характеристиками излучения за счет управления параметрами структурообразования. В этом случае необходимо учитывать характер ламинарно-турбулентного перехода и локализацию восприимчивости струи к внешним физико-химическим возмущениям.

Поведение объекта управления характеризуется процессами случайного блуждания и диффузии, протекания, агрегации и динамического хаоса. Для изучения этих явлений применено обобщенное понятие “спектр сингулярностей”, которое несет информацию о локальной структуре течения. Распознание сигналов различного происхождения и “выжимка” информации в этом случае основываются на фрактальном (с нецелой размерностью) анализе. В основу алгоригмизации вариационной задачи положена перколяционная фазовая картина, созданная в мультифракгальных терминах.

Определяющий вклад в мощность шума турбулентного течения дают “всплески> - когерентные структуры. Позтому управление шумом струи должно быть основано на модификации в ней пространственно-временного распределения локализованных состояний. Оно также требует учета специфики условий эксплуатации. Обобщая указанные принципы и принимая во внимание нестационарность потока и наличие в нем дискретных вихрей, решаемая задача трактовалась как случай со скользящими концами.

Спонтанное образование крупномасштабных структур и, как следствие, дискретных акустических составляющих в результате развития длинноволновой неустойчивости определяется микроструктурой течения. Этот процесс является результатом самоорганизации течения, имеющей пороговый характер. Ключевую роль в таком поведении локализованных состояний на фракталах играют взаимодействия, которые не ограничиваются требованием пространственного синхронизма. Эго свойство целесообразно использовать в качестве дополнительного управления для снижения порога нелинейных эффектов шумообразования.

Рассмотренное тонкое взаимодействие пространственных и временных масштабов позволяет классифицировать “рычагов управления на две группы: в первую из них входят факторы варьирования истечением, а вторая включает в себя управляющие возмущения осесимметричной части струи. В результате того, что дискретная составляющая является причиной обратной связи в отношении всей области возмущении, ее контроль должен включать обе группы “рычагов”. Также имеются хаотические пульсации течения, соответствующие движению на аттракторе с малой размерностью.

Пространственно-временные вариации струи являются основой по ведения акустической, вихревой и энергетической мод. Их взаимовлияние и взаимообусловленность отражает направленность управления шумом, а “рычаги> должны обеспечивать варьирование структурообразованием течения. Конечным состоянием воздействия следует сии гать генерацию шума с уровнем интенсивности менее предельно-допустимых значений, а частоту излучения следует поддерживать вне порога болевого ощущения.

В реальных условиях шум неизотермических струй содержит как низкочастотные, так и высокочастотные составляющие. В связи с эти представляет интерес локализованное совместное воздействие на струю низко- и высокочастотного звука разной интенсивности. Преобладание эффектов обеспечивается как варьированием интенсивности облучения, так и направленностью его действия на конкретный канал возбуждения. Это достигается влиянием внешних сосредоточенных воздействий на динамику структур двух видов. Во-первых, воздействие на частотах, близких к регуляризации течения. Во-вторых, подавление пульсаций при амплитудно-фазной компенсации возмущения. При этом решение проблемы о возможности использования рассмотренных механизмов для подавления широкополосного шума приводится к распределенному воздействию с мультифрактальным описанием. Управление коэффициентами соответствующей модели позволяет прогнозировать надежность подобной технологической системы.

Исследование управления шумообразованием представляет интерес как для теоретического изучения струйной неустойчивости, так и для практического использования этого эффекта для интенсификации тепломассообменных процессов. Кроме того, в изложенном подходе активного воздействия энергия получается без дополнительных затрат. Это имеет место, например, в модулях для получения кавитирующей струи, где часть энергии используется на озвучивание теплообменника.