Использование акустического метода измерений для регистрации вихревой структуры потоков в каналах сложной геометрии


Авторы

Митрофанова О. В.1, 2*, Поздеева И. Г.1, 2**

1. ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123098
2. Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ), Каширское шоссе, 31, Москва, 115409, Россия

*e-mail: omitr@yandex.ru
**e-mail: pozdeeva_irina@mail.ru

Аннотация

Результаты, представленные в настоящей работе, получены в процессе выполнения программы экспериментальных исследований, направленных на изучение механизмов генерации акустических колебаний в вихревых и закрученных течениях и определение связи вихревой структуры потоков с акустическими явлениями. Для этой цели разработаны конструкции двух экспериментальных установок, рабочих участков, генераторов вихрей, а также методики экспериментальных измерений частотных характеристик акустических колебаний, обусловленных генерацией крупномасштабных вихрей в каналах сложной формы в водной и воздушных средах. Измерения частоты акустических колебаний и визуализация вихревой структуры потока позволяют выявить условия развития резонансных явлений в рабочих моделях, имитирующих элементы оборудования теплогидравлического тракта энергетических установок.

Разработан приборный комплекс и широкополосные датчики для регистрации акустических сигналов при генерации локальных вихреобразований в каналах сложной формы. Испытания определили рабочий диапазон частот, неравномерность амплитудно-частотных характеристик, динамический диапазон измерения амплитуды сигналов. Предложена схема измерений, позволяющая определить параметры квазистационарных вихревых структур. Решены методические вопросы, связанные с выделением сигналов на фоне шумов, обусловленных турбулентным режимом течения.

Теоретический анализ с использованием приближения акустического течения и теории винтовых потоков и проведенное сравнение экспериментальных и расчетных результатов являются обоснованием предложенной физической модели течения, предсказывающей появление акустических резонансов, обусловленных топологией вихревого потока.

Ключевые слова:

гидродинамика, вихревые структуры, закрутка потока, акустические колебания, экспериментальные измерения, амплитудно­частотные характеристики, акустическая кавитация, резонансные эффекты, физико­математическое моделирование

Библиографический список

  1. Усанов А.И. Вибрационные исследования внутриреакторного оборудования ВВЭР на различных этапах жизненного цикла в задаче управления сроком службы АЭС: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Обнинск, 2009. 19 с.

  2. Митрофанова О.В., Кокорев Л.С., Тумольский В.А. Акустический метод исследования вихревой структуры импактной закрученной струи // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках. Тр.16 Школы-семинара под рук. акад. РАН А.И. Леонтьева. М.: МЭИ, 2007. Т. 2. С. 505–508.

  3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Издание 4-е. («Теоретическая физика», том VI). М.: Наука, 1988. 736 с.

  4. Громека И. С. Собрание сочинений. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 296 с.

  5. Митрофанова О.В., Поздеева И.Г., Круглов А.Б., Круглов В.Б. Комплексные исследования эффектов генерации крупномасштабных вихреобразований в теплоносителях ядерных реакторов. Часть II. Экспериментальные исследования импактных закрученных течений // Ядерная физика и инжиниринг. 2012. Т. 3. № 2. С. 112–119.

  6. Митрофанова О.В., Поздеева И.Г. Исследование механизма саморегулирования акустических колебаний в импактном закрученном течении // Изв. РАН. МЖГ. 2015. № 5. С. 54–63.

  7. Митрофанова О.В., Егорцов П.П., Кокорев Л.С., Круглов В.Б., Чернов А.И. Исследование механизма акустических колебаний в закрученных течениях // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. № 2. С. 241–249.

  8. Митрофанова О.В., Круглов А.Б., Круглов В.Б., Поздеева И.Г. Исследование топологических особенностей импактных закрученных течений // Тепловые процессы в технике. 2010. № 10. С. 434–441.

  9. Митрофанова О.В. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах ядерно-энергетических установок. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 288 с.

  10. Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. М.: Наука, 1981. 208 с.

  11. Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. М.: Мир, 1964. 466 с.

  12. Левковский Ю.Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение 1978, 222 с.

  13. Перник А. Д. Проблемы кавитации. Л.: Судостроение, 1966. 435 с.

  14. Рождественский В. В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248 c.

  15. Новиков И.И., Скобелкин В.И., Абрамович Г.Н., Клячко Л.А. Закономерность расхода жидкости в закрученном потоке (открытие № 389 внесено в Гос. реестр открытий 18.10.1990).

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024