In einer Forschungskooperation zwischen der Gruppe von Professor Hiroshi Yokoyama von der Fakultät für Maschinenbau und KOBE STEEL, LTD. wurden Strömung und akustische Felder in einem expandierenden Rohr mit Blenden mithilfe einer von der Gruppe von Prof. Yokoyama entwickelten Berechnungsmethode untersucht. Die Strömungsfelder, einschließlich der verschiedenen Wirbelstrukturen und erzeugten akustischen Felder, wurden erstmals erklärt.
Expandierende Rohre mit Blenden werden häufig als Schalldämpfer in Strömungsmaschinen eingesetzt. Durch die Strömung durch diese sich ausdehnenden Rohre können jedoch intensive Klangklänge erzeugt werden. Dennoch sind der Fluss und der Klang in solch komplexen Konfigurationen nicht gut verstanden.
Um den Mechanismus des tonalen Klangs einer Strömung durch ein kreisförmiges, sich ausdehnendes Rohr mit zwei Blendenplatten und die Bedingungen für intensive akustische Strahlung zu verstehen, wurden die Strömung und die akustischen Felder direkt auf der Grundlage einer groß angelegten Berechnungsmethode untersucht, die von Professor Yokoyamas Gruppe entwickelt wurde der Toyohashi University of Technology in Zusammenarbeit mit KOBE STEEL, LTD.
Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass tonale Schallabstrahlung durch die Kollision der Wirbel mit den Blenden oder der stromabwärtigen Kante des expandierenden Rohrs entsteht. Es wurde festgestellt, dass sich die Wirbelstrukturen mit der Geschwindigkeit und dem Öffnungsradius ändern, wobei Spiralwirbel, Wirbelringe und bogenförmige Wirbel auftraten. Diese Änderung führte zu Variationen in der Frequenz und im Modus des Primärtons. Die Ergebnisse waren veröffentlicht In Physik der Flüssigkeiten.
Basierend auf den Erkenntnissen dieser Studie sind für die Zukunft Forschung und Entwicklung zur Realisierung eines Systems mit geringen Umweltkosten, einschließlich Fluidmaschinen, geplant. Während der Entwicklung der Berechnungsmethode werden Windkanalexperimente unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt und die Ergebnisse mit den vorhergesagten Ergebnissen verglichen, um die Berechnungsmethoden zu validieren.
Obwohl die Entstehung verschiedener Wirbel, wie z. B. Spiralwirbel, und der entsprechende akustische Modus geklärt sind, ist der grundlegende Mechanismus für die Entstehung dieser Wirbel noch nicht vollständig verstanden und bedarf weiterer Untersuchungen in der Zukunft.
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Akitomo Fukuma et al., Fluid-akustische Wechselwirkungen um ein expandierendes Rohr mit Blendenplatten, Physik der Flüssigkeiten (2024). DOI: 10.1063/5.0193029