بررسي تجربي طيف فشار سطح لايه مرزي آشفته روي صفحه تخت با استفاده از ميكروفون

Experimental investigation of surface pressure spectra beneath turbulent boundary layer over a flat plate with microphone

نوسانات فشار روي سطح ناشي از لايه مرزي آشفته داراي رفتار فيزيكي پيچيده‌اي بوده و با توجه به كاربردهاي وسيع آن در حوزه‌هاي مختلف، تاكنون مطالعات گسترده‌اي روي آن انجام گرفته است. در مطالعه حاضر براي بررسي نوسانات فشار جريان آشفته روي سطح تحت شرايط گراديان فشار صفر از يك صفحه تخت با طول وتر mm 580 استفاده شده است. كليه آزمايش‌ها در تونل باد مادون‌صوت دانشگاه يزد و در سه سرعت 10، 15 و 20 متر بر ثانيه انجام گرفته است. در اين مطالعه براي اندازه‌گيري نوسانات فشار ناپاياي سطح از يك ميكروفن‌ كوچك كندانسوري دقيق به عنوان سنسور فشار استفاده شده است. همچنين جهت اندازه‌گيري پارامترهاي مختلف لايه مرزي آشفته و فراهم نمودن متغيرهاي مورد نياز مدل‌هاي نيمه تجربي پيش بيني طيف فشار ديوار، از جريان‌سنج سيم داغ يك بعدي با مدار دما ثابت استفاده شده است. طيف فشار سطح در سرعت‌هاي مختلف اندازه‌گيري شده و نحوه اجتماع آن‌ها روي يك منحني در نتيجه نرمال كردن با استفاده از مقياس‌هاي مختلف لايه مرزي آشفته مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه بهترين اجتماع داده‌ها در فركانس‌هاي پايين و مياني به ازاي استفاده از مقياس‌هاي تركيبي بدست خواهد آمد. با اين وجود در محدوده فركانس‌هاي بالا، مقياس‌هاي لايه مرزي داخلي مناسب‌تر هستند. در نهايت پس از اطمينان از صحت نتايج طيف فشار سطح، كارايي مدل‌هاي مختلف نيمه تجربي طيف فشار ديوار مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج نشان‌دهنده كارايي مناسب مدل نيمه تجربي گودي در پيش‌بيني طيف فشار سطح با استفاده از پارامترهاي لايه مرزي آشفته است.

Surface pressure fluctuations beneath turbulent boundary layer on a flat plate have complex physical behaviours and due to its importance in acoustic noise generation, extensive studies have been devoted to predicting or measuring the surface pressure behavior. In the present study to investigate the surface pressure fluctuations under zero pressure gradient, a flat plate with a chord length of 580 mm has been used. All experiments were carried out in a subsonic wind tunnel and at three free-stream velocities: 10, 15 and 20 m/s. In order to measure unsteady pressure fluctuations, a condenser microphone is used as a pressure transducer. Moreover, various parameters of turbulent boundary layer are measured to provide the input variables of semi-empirical models. A single constant temperature hot-wire anemometer has been used for boundary layer measurement. Surface pressure spectra has been measured at various velocities and their collapse on a single curve by normalizing with different variables of turbulence boundary layer is studied. The results show that the best collapses in low and middle frequencies can be obtained by using mixed variables. However, in high frequency range the pressure spectra collapses when it is normalized by inner layer scales. Finally, after ensuring the accuracy of surface pressure spectra results, the efficiency of semi-empirical models for predicting turbulent boundary layer wall pressure spectra is evaluated. The results show the effectiveness of the Goody’s semi-empirical model for prediction of surface pressure spectra by using turbulent boundary layer parameters.