Forstå flow og lyd gennem storskalaberegninger

I et forskningssamarbejde mellem gruppen af ​​professor Hiroshi Yokoyama fra Department of Mechanical Engineering og KOBE STEEL, LTD., blev flow og akustiske felter i et ekspanderende rør med åbningsplader undersøgt ved hjælp af en beregningsmetodologi udviklet af Prof. Yokoyamas gruppe. Strømningsfelterne, inklusive de forskellige hvirvelstrukturer og genererede akustiske felter, blev forklaret for første gang.

Ekspanderende rør med åbningsplader bruges ofte som lyddæmpere i væskemaskiner. Imidlertid kan intense tonale lyde genereres fra flowet gennem disse ekspanderende rør. Alligevel er flowet og lyden i så komplekse konfigurationer ikke godt forstået.

For at forstå mekanismen for tonal lyd fra et flow gennem et cirkulært ekspanderende rør med to åbningsplader og betingelserne for intens akustisk stråling, blev flowet og akustiske felter direkte undersøgt baseret på en storstilet beregningsmetodologi udviklet af professor Yokoyamas gruppe ved Toyohashi University of Technology i samarbejde med KOBE STEEL, LTD.

De beregningsmæssige resultater viser, at tonal lydstråling opstår på grund af hvirvlernes kollision med åbningspladerne eller nedstrømskanten af ​​det ekspanderende rør. De hvirvelstrukturer viste sig at ændre sig med hastighed og åbningsradius, hvor spiralhvirvler, hvirvelringe og bueformede hvirvler dukkede op. Denne ændring førte til variationer i den primære lyds frekvens og tilstand. Resultaterne blev offentliggjort i Physics of Fluids .

Baseret på resultaterne fra denne undersøgelse er forskning og udvikling til realisering af et system med lave miljøomkostninger, herunder flydende maskineri, planlagt i fremtiden. Under udviklingen af ​​beregningsmetodikken udføres vindtunnelforsøg under forskellige forhold, og resultaterne sammenlignes med de forudsagte for at validere beregningsmetoderne.

Selvom genereringen af ​​forskellige hvirvler, såsom spiralhvirvler og den tilsvarende akustiske tilstand, er afklaret, er den grundlæggende mekanisme for genereringen af ​​disse hvirvler ikke fuldstændigt forstået og kræver yderligere undersøgelser i fremtiden.

Flere oplysninger: Akitomo Fukuma et al., Fluid-akustiske interaktioner omkring et ekspanderende rør med åbningsplader, Fysik af væsker (2024). DOI:10.1063/5.0193029

Journaloplysninger: Fysik af væsker

Leveret af Toyohashi University of Technology