Гидродинамика нестационарных струйных течений с образованием вентилируемых газовых полостей с повышенным по сравнению с окружающим пространством давлением. Унос газа при сверхкритических нестационарных режимах течения

На плоской струйной установке С-90 проведены экспериментальные исследования автоколебательных режимов струйных течений с образованием вентилируемой газовой полости с отрицательным числом кавитации. Показано, что на интенсивность автоколебаний существенно влияет объем газовой полости, с ростом объема каверны амплитуда уменьшается, и существует предельная величина, выше которой автоколебательные режимы не наблюдаются. При одинаковых расходонапорных характеристиках, но различных свойствах подводящих труб могут реализовываться различные автоколебательные режимы. Экспериментально обнаружены два типа автоколебаний – низко- и высокочастотные. Исследования с использованием стальных и дюритовых труб с одинаковыми диаметрами и толщиной стенок показали, что при различных длинах стальных труб реализуется только низкочастотный автоколебательный режим. Для дюритовых труб, скорость распространения волн давления в которых на порядок меньше, чем в стальных, начиная с некоторой длины, реализуются высокочастотные режимы. Визуализация течения показала, что каждый период низкочастотных автоколебаний можно разбить на два этапа: распространение жидкой волны вдоль границы каверны и выбрасывание массы жидкости наружу. Оказалось, что механизм автоколебаний в различных режимах в принципе одинаков, только в низкочастотном режиме между кавитатором и зоной истечения наружу в каждый момент времени имеется одна волна, а при высокочастотном - несколько. Обнаружено, что распространение волн происходит с постоянной скоростью, близкой к стационарной скорости жидкости на границе каверны, определенной по осредненным значениям давлений в форкамере и каверне. Для достаточно длинных каверн частоту низкочастотных колебаний можно легко оценить, зная длину каверны и зависимость числа кавитации от коэффициента поддува. Автоколебательные режимы исследованы теоретически с помощью упрощенных систем обыкновенных дифференциальных уравнений в плоскости двух фазовых переменных: расхода в жидкой завесе и давления в газовой полости. Эксперименты показали возможность сильного влияния колебательных параметров подводящего трубопровода на характер кавитационных автоколебаний (наблюдались сдвиг или переключение частоты автоколебаний на другие моды). Предложена математическая модель, не использующая квазистационарный подход и моделирующая нелинейное взаимодействие двух колебательных систем - каверны и подводящего трубопровода.