Wetenschap
Inzicht in stroming en geluid door middel van grootschalige berekeningen
In een onderzoekssamenwerking tussen de groep van professor Hiroshi Yokoyama van de afdeling Werktuigbouwkunde en KOBE STEEL, LTD. werden stromings- en akoestische velden in een expanderende pijp met openingsplaten bestudeerd met behulp van een computationele methodologie ontwikkeld door de groep van prof. Yokoyama. De stromingsvelden, inclusief de verschillende wervelstructuren en gegenereerde akoestische velden, werden voor het eerst uitgelegd.
Expanderende pijpen met doorlaatplaten worden vaak gebruikt als geluiddempers in vloeistofmachines. Er kunnen echter intense tonale geluiden worden gegenereerd door de stroming door deze uitzettende pijpen. Toch worden de flow en het geluid in zulke complexe configuraties niet goed begrepen.
Om het mechanisme van tonaal geluid te begrijpen dat voortkomt uit een stroming door een cirkelvormige uitzettende pijp met twee openingsplaten en de omstandigheden voor intense akoestische straling, werden de stroming en de akoestische velden rechtstreeks bestudeerd op basis van een grootschalige computationele methodologie ontwikkeld door de groep van professor Yokoyama in de Toyohashi Universiteit voor Technologie in samenwerking met KOBE STEEL, LTD.
De rekenresultaten laten zien dat tonale geluidsstraling optreedt als gevolg van de botsing van de wervels met de openingsplaten of de stroomafwaartse rand van de uitzettende pijp. De wervelstructuren bleken te veranderen met de snelheid en de straal van de opening, waarbij spiraalvormige wervels, vortexringen en boogvormige wervels verschenen. Deze verandering leidde tot variaties in de frequentie en modus van het primaire geluid. De resultaten zijn gepubliceerd in Physics of Fluids .
Op basis van de bevindingen uit dit onderzoek worden in de toekomst onderzoek en ontwikkeling gepland voor de realisatie van een systeem met lage milieukosten, inclusief vloeibare machines. Tijdens de ontwikkeling van de computationele methodologie worden windtunnelexperimenten uitgevoerd onder verschillende omstandigheden, en de resultaten worden vergeleken met de resultaten waarvan voorspeld is dat ze de computationele methoden zullen valideren.
Hoewel het genereren van verschillende wervels, zoals spiraalvortexen en de bijbehorende akoestische modus, is opgehelderd, is het basismechanisme voor het genereren van deze wervels nog niet volledig begrepen en vereist dit verder onderzoek in de toekomst.