Supersonic piston synthetic jets with single/multiple orifice

H. Sakakibara, T. Watanabe, K. Nagata
Supersonic piston synthetic jets with single/multiple orifice
Experiments in Fluids 59(5) 76 2018

This article may be found at https://doi.org/10.1007/s00348-018-2529-9.

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Abstract

We experimentally study a high-speed synthetic jet actuator consisting of a cylinder with an orifice plate at the top and a piston driven by a motor. The experiments are performed for four orifice plates with a single hole or multiple holes with different diameters. The characteristics of the synthetic jets are investigated with cylinder pressure measurement and flow visualization based on the shadowgraph method, where the Mach disks in the shadowgraph images are used for estimating the Mach number of supersonic synthetic jets. A total orifice area on the plate affects cylinder pressure and jet Mach number. The number of the orifices has a direct influence on the downstream region where the jets from different orifices interact with each other. A smaller total orifice area results in a higher jet Mach number, a larger spatial extent of Mach disks, and an earlier formation of the Mach disks in one cycle. The influences of total orifice area are well explained by larger/smaller values of maximum/minimum values of the cylinder pressure for a smaller total orifice area. It is also found that the maximum jet Mach number is represented as a function of the maximum cylinder pressure even for different orifice configurations. Furthermore, for a given operating frequency, the maximum cylinder pressure increases almost linearly with the stroke length divided by an effective diameter of the total orifice area independently of the number of the orifices.

日本語訳 (DeepL翻訳)

シングル/マルチオリフィスを有する超音速ピストンシンセティックジェット

上部にオリフィスプレートを持つシリンダーと、モーターで駆動されるピストンからなる高速シンセティックジェットアクチュエータを実験的に調査した。実験は、単一の穴または直径の異なる複数の穴を持つ4つのオリフィスプレートに対して行われる。シンセティックジェットの特性は、シリンダ圧力の測定とシャドウグラフ法に基づく流れの可視化によって調べられ、シャドウグラフ画像中のマッハディスクは超音速シンセティックジェットのマッハ数を推定するために使用されている。プレート上のオリフィス面積は、シリンダ圧と噴流マッハ数に影響を与える。オリフィスの数は，異なるオリフィスからの噴流が相互作用する下流域に直接影響を与える．オリフィス面積が小さいほど，噴流マッハ数が高くなり，マッハディスクの空間的広がりが大きくなり，1 サイクルでのマッハディスクの形成が早くなる．総オリフィス面積の影響は、総オリフィス面積が小さいほどシリンダ圧力の最大値/最小値が大きくなる/小さくなることでよく説明される。また、最大噴流マッハ数は、オリフィス形状が異なる場合でも、最大シリンダ圧の関数として表されることがわかった。さらに、ある動作周波数において、最大シリンダ圧力は、オリフィスの数に関係なく、ストローク長を全オリフィス面積の有効直径で割るとほぼ直線的に増加することがわかった。

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