Investigation of acoustic characteristics of a single supersonic jet flowing into a flooded space
In this paper, the acoustic characteristics of a single supersonic jet flowing from a nozzle of a rocket engine into a flooded space at different pressure ratios are studied. A system of the Favre-averaged Navier-Stokes equations is used to describe the unsteady flow of a viscous compressible heat-conducting gas in a supersonic Laval nozzle and an outflowing jet. The system is enclosed by the ideal gas law. The implementation of the physical and mathematical model and the numerical studies are carried out using the OpenFOAM Extended open platform based on the modified dbnsTurbFoam solver. A conical nozzle with an opening angle of 45° at the Mach number of 3 at the nozzle exit is considered in this study. Air is used as the working gas. Amplitude-frequency spectra of acoustic radiation at the point located at a distance from the nozzle outlet are obtained at different pressure ratios of the outflowing supersonic jet. Analysis of the amplitude-frequency characteristics of the jet under study shows that the maxima occur mainly at low frequencies. The maximum oscillation amplitude for the considered jet configurations is revealed at a pressure ratio of 1 on a frequency of 787 Hz. The maximum sound pressure level is 149 dB.
Keywords
gas dynamics,
mathematical modeling,
supersonic jet,
sound pressureAuthors
| Askerov Adil A. | Tomsk State University | askerovl21099@mail.ru |
| Chervakova Anastasiya V. | Tomsk State University | ch-nastyal997@mail.ru |
| Kostyushin Kirill V. | Tomsk State University | kostushink@niipmm.tsu.ru |
Всего: 3
References
Кагенов А.М., Костюшин К.В., Алигасанова К.Л., Котоногов В.А. Математическое мо делирование взаимодействия составной сверхзвуковой струи с преградой // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 68. С. 7279. doi: 10.17223/19988621/68/7
Кагенов А.М. Численное исследование влияния струй двигательной установки космиче ского аппарата «ЭкзоМарс» на эрозию поверхности Марса // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2016. № 2 (40). С. 71-81. doi: 10.17223/19988621/40/8
Ветлуцкий В.Н., Ганимедов В.Л., Мучная М.И. Исследование течения в вязкой струе, ис текающей через сверхзвуковое сопло в полубесконечное затопленное пространство // Прикладная механика и техническая физика. 2009. Т. 50, № 6. С. 6-15.
Gross A., Weiland C. Numerical simulation of separated cold gas nozzle flows //j. Propulsion Power. 2004. V. 20, No. 3. P. 509-519. doi: 10.2514/1.2714
Xiao Q., Tsai H.M., Papamoschou D. Numerical investigation of supersonic nozzle flow sepa ration // AIAA J. 2007. V. 45, No. 3. P. 532-541. doi: 10.2514/1.20073
Запрягаев В.И., Кавун И.Н., Кундасев С.Г. Расчетно-экспериментальное исследование газодинамической структуры сверхзвуковой перерасширенной струи // Прикладная механика и техническая физика. 2010. № 4. С. 58-64.
Powell A. First Noise Research Interim Report: a “Schlieren” Study of Small Scale Air Jets and Some Noise Measurements on Two-inch Diameter Air Jets. Southampton : University College, 1951.
Powell A. On the mechanism of choked jets noise // Pros. Phys. Soc. 1953. V. 1366. P. 10-39 doi: 10.1088/0370-1301/66/12/306
Powell A. On the edgetone //j. Acoustical Society of America. 1961. V. 33, No. 4. P. 395-409. doi: 10.1121/1.1908677
Николин С.А., Сокол Г.И. Математическое моделирование акустических излучений при взаимодействии сверхзвуковой струи с плоской преградой // Вестник Днепровского национального университета. 2018. Т. 26, № 4. С. 73-80.
Глазунов А.А., Кагенов А.М., Костюшин К.В., Еремин И.В., Алигасанова К.Л., Котоногов В.А. Математическое моделирование взаимодействия одиночной сверхзвуковой струи с преградами // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 63. С. 87-101. doi: 10.17223/19988621/63/8
Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST Turbulence model // Proceedings of the 4th International Symposium on Turbulence. Heat and Mass Transfer. Begell House Inc., West Redding. 2003. P. 625-632.
Toro E.F. Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics. Berlin ; Heidelberg : Springer-Verlag, 2009. 442 р. doi: 10.1007/b79761_10
Barth T.J., Jespersen T.J. The Design and application of upwind schemes on unstructured meshes // AIAA Paper. 1989. No. 89. Art. 366. doi: 10.2514/6.1989-366
Пинчуков В.И. О неявных абсолютно устойчивых схемах Рунге-Кутты четвертого порядка // Вычислительные технологии. 2002. Т. 7, №1. С. 96-105.
Нуссбаумер Г. Быстрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления сверток. М. : Радио и связь, 1985. 248 с.
Основы исследований и изобретательства в машиностроении : практикум : учеб. пособие / под ред. М.М. Кане. - Минск : Вышэйшая школа, 2020. 312 с.
Ястребов И.П. Дискретизация непрерывных сигналов во времени. Теорема Котельникова. Н. Новгород : Нижегор. гос. ун-т им. Н.И. Лобачевского, 2012. 31 с.
