Оscillatory regime in liquid jet veil separating gas areas with different pressure

Abstract

In G. V. Logvinovich's monograph "Hydrodynamics of currents with free borders" (in Russian) the general properties of flows of liquid with free boundaries are considered. To them treat as a current with formation of cavities on streamline bodies, and jet flows with the boundaries dividing liquid and gas. Questions of behavior of the non-stationary free borders, raised and studied in the monograph, are actual still and inspire many authors on new researches. Below one of such researches - a problem of creation of the air cushion by means of a jet veil is presented. Presented results of experimental studies for self-oscillating modes of fluid jet discharging in a plane channel with an air cushion. Investigated effect on the flow from the air cavity volume and thickness, width of the channel in a wide range of magnitude of jet rate and amount of gas discharge. Oscillatory flow regimes were realized under constant water pressure in the pressure tank and a constant mass flow rate of the blower to the air cushion. It was found that the previously studied low-frequency mode exists in a certain range of values of gas flow rate to the cavity, with the range depending on the cavity volume. It is shown that in some cases this mode is replaced by a high-frequency oscillatory regime with low amplitude, and in transitional range of air flow-rate both modes are simultaneously presented (there is an intermittency). Video recording of high-frequency regime has shown that unlike in the low-frequency regime there is no direct interaction between the outflowing jet with the channel wall. We found that in both modes the oscillation characteristics of the flow (frequency, amplitude) are independent of the thickness of the cushion (the channel width). However, the regime change event significantly depends on the thickness of the cushion.

В монографии Г.В.Логвиновича "Гидродинамика течений со свободными границами" рассмотрены общие свойства течений жидкости со свободными границами, к которым относятся как течения с образованием каверн на обтекаемых телах, так и струйные течения с границами, разделяющими жидкость и газ. Вопросы поведения нестационарных свободных границ, поставленные и изученные в монографии, актуальны до сих пор и вдохновляют многих авторов на новые исследования. Ниже представлено одно из таких исследований -- задача создания воздушной подушки с помощью струйной завесы. Задача исследовалась экспериментально на плоской струйной установке, где струи жидкости истекали в плоский канал, с поддувом воздуха в заглушенную его часть. Исследовалось возникновение нестационарных - автоколебательных режимов, их зависимость от параметров течения. Обнаружено, что в некотором диапазоне величин поддува газа в каверну имеет место низкочастотный режим. С ростом поддува этот режим течения сменяется другим, с более высокой частотой и более низкой амплитудой, причем имеется область поддувов, где одновременно существуют оба режима (имеет место перемежаемость). Скоростная видеосъемка показала, что в отличие от низкочастотного режима при высокочастотном нет непосредственного взаимодействия истекающей струи со стенкой канала. Обнаружено, что в обоих режимах характеристики колебаний не зависят от толщины подушки (от ширины канала). Однако граница смены режимов существенно зависит от толщины подушки.

В монографiї Г.В.Логвиновича "Гидродинамика течений со свободными границами" розглянутi загальнi властивостi течiї рiдини з вiльними границями, до яких можна вiднести як течiї з утворенням порожнини (каверни) на тiлi, що обтiкається, так i струйнi течiї з границями, якi роздiляють рiдину та газ. Питання з поведiнкою i росповсюдженням нестацiонарних вiльних границь, що поставленi й розглянутi в монографії, актуальнi на сьогоднi, спонукають i дають наснагу багатьом авторам до нових дослiджень. В розглянутому нижче маємо одне з таких дослiджень, а саме -- задачу створення повiтряної подушки завдяки струйнiй завiсi. Задача дослiджувалась експериментально на плоскiй установцi, де струї рiдини витiкають у плоский канал з наявнiстю пiддува повiтря в заглушену його частину. Дослiджувались виникнення нестацiонарних автоколивальних режимiв, їхня залежнiсть вiд параметрiв течiї. Виявлено, що в деякому дiапазонi кiлькостi пiддува газу в каверну маємо низькочастотний режим коливать. Iз збiльшенням пiддуву такий стан течiї змiнюється на iнший з бiльш високою частотою та бiльш низькою амплiтудою, причому наявнi в перехiдному дiапазонi пiддува i одночасно спiвiснують обидва режима течiї. Швидкiсне вiдео демонструє, що на вiдмiну вiд низькочастотного режиму при високочастотному нема беспосереднього дотика витiкаючої струї з стiнкою каналу. Виявлено, що в обох режимах автоколивань характеристики коливань (частота, амплiтуда) не залежать вiд товщини подушки (ширини каналу). Але момент змiни режимiв течiї суттєво залежить вiд товщини подушки.