محاسبه سرعت جابجایی گردابه های جریان آشفته در یک مجرا به کمک انتشار امواج صوتی

در سال های اخیر استفاده از صدای جریان آشفته در جریان های داخلی به عنوان یک روش غیر تهاجمی اندازه گیری سرعت جریان سیال بیش از پیش توجه مهندسان را به خود جذب کرده است. چالش اصلی در این روش ایجاد ارتباط معنی دار بین خصوصیات جریان آشفته و صدای دریافتی بر روی دیواره است. مقاله حاضر به مطالعه جریان آشفته در یک مجرای مستقیم با مقطع مستطیلی شکل می پردازد تا ارتباط بین ساختارهای جریان آشفته و سیگنال های صوتی ثبت شده بر دیواره های مجرا را تشریح نماید. عدد رینولدز اصطکاکی جریان  برابر ۳۹۵  بوده و تحلیل جریان با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ۱ برای یک مجرای سه بعدی انجام می شود. بعد از حل میدان جریان و به دست آوردن منابع تراکم ناپذیر، میدان آکوستیک نیز با استفاده از یک مدل ترکیبی آکوستیک بدست می آید. تحلیل ها نشان داد که در اعداد ماخ پایین، نوسانات فشار غیرقابل تراکم که به عنوان شبه صدا شناخته می شوند، در طیف صدا غالب هستند. این نوسانات از جابجایی محلی گردابه های آشفته بر روی دیواره های مجرا ناشی می شوند و اثرات قابل توجهی از خود بر روی دیوار به جای می گذارند. این اثرات قابل اندازه گیری است و با ردیابی آن ها دیواره مجرا، می توان سرعت های جابجایی ساختارهای جریان در مقیاس های طولی مختلف را تعیین کرد. برای ساختارهای بزرگ و غالب از نظر انرژی (مقیاس های طولی انتگرالی)، سرعت های انتقال در بازه ای بین ۶/۰ تا ۸/۰ سرعت متوسط کانال هستند. همچنین مشخص شد که با افزایش سرعت متوسط جریان، دقت سرعت اندازه گیری شده از این روش نیز بالاتر می باشد.

کلیدواژه ها:

جریان در مجرا ، شبیه سازی گردابه های بزرگ ، شبه صدا ، گردابه های انتگرالی ، سرعت جابجایی ، میدان اکوستیک