I ett forskningssamarbete mellan gruppen av professor Hiroshi Yokoyama vid Institutionen för maskinteknik och KOBE STEEL, LTD., studerades flödes- och akustiska fält i ett expanderande rör med öppningsplattor med hjälp av en beräkningsmetodik utvecklad av Prof. Yokoyamas grupp. Flödesfälten, inklusive de olika virvelstrukturerna och genererade akustiska fälten, förklarades för första gången.
Expanderande rör med öppningsplattor används ofta som ljuddämpare i vätskemaskineri. Men intensiva tonala ljud kan genereras från flödet genom dessa expanderande rör. Ändå förstås inte flödet och ljudet i sådana komplexa konfigurationer.
För att förstå mekanismen för tonalt ljud från ett flöde genom ett cirkulärt expanderande rör med två öppningsplattor och förutsättningarna för intensiv akustisk strålning, studerades flödet och akustiska fält direkt utifrån en storskalig beräkningsmetodik utvecklad av professor Yokoyamas grupp vid Toyohashi University of Technology i samarbete med KOBE STEEL, LTD.
Beräkningsresultaten visar att tonal ljudstrålning uppstår på grund av virvlarnas kollision med öppningsplattorna eller nedströmskanten av det expanderande röret. Virvelstrukturerna visade sig förändras med hastighet och öppningsradie, där spiralvirvlar, virvelringar och bågformade virvlar uppträdde. Denna förändring ledde till variationer i det primära ljudets frekvens och läge. Resultaten publicerades i Physics of Fluids .
Baserat på resultaten från denna studie planeras forskning och utveckling för realisering av ett system med låg miljökostnad, inklusive vätskemaskineri, i framtiden. Under utvecklingen av beräkningsmetoden utförs vindtunnelexperiment under olika förhållanden och resultaten jämförs med de som förutspås för att validera beräkningsmetoderna.
Även om genereringen av olika virvlar, såsom spiralvirvlar och motsvarande akustiska läge, är klarlagda, är den grundläggande mekanismen för genereringen av dessa virvlar inte helt klarlagd och kräver ytterligare undersökningar i framtiden.
Mer information: Akitomo Fukuma et al, Fluid–akustiska interaktioner runt ett expanderande rör med mynningsplattor, Fysik av vätskor (2024). DOI:10.1063/5.0193029
Journalinformation: Fysik av vätskor
Tillhandahålls av Toyohashi University of Technology
