Возбуждение акустических мод гармониками тона отверстия в струйном осцилляторе Гельмгольца

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведено экспериментальное исследование возбуждения периодических колебаний давления в модели струйного осциллятора Гельмгольца с цилиндрической камерой при натекании круглой струи воздуха на острую кромку выходного отверстия. Исследовалась эволюция амплитудно-частотного спектра тона отверстия от его возникновения при скорости струи около 2 м/с до возбуждения первой моды акустического резонанса на частоте Гельмгольца. Тон отверстия представлял собой семейство гармоник, последовательно усложняющееся по мере увеличения длины и скорости струи. Изучено последовательное возникновение семейства акустических мод на гармониках струйного тона при дальнейшем увеличении скорости струи. Моды на частоте Гельмгольца возникали поочередно на гармониках тона отверстия в полосе усиления резонатора, начиная с наивысшей гармоники. Первая мода возникала на наивысшей гармонике, вторая мода возникала на предыдущей гармонике и т.д. Завершающая мода возникала на основной гармонике тона отверстия и имела максимальную амплитуду. При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса периодические колебания давления переходили в неупорядоченные турбулентные пульсации. При достаточном размере камеры и скорости струи на наивысшей гармонике тона отверстия возникал азимутальный и полуволновой резонансы. Наибольшее число Рейнольдса, при котором наблюдался резонанс на частоте Гельмгольца, составляло 105.

Об авторах

А. А. Абдрашитов

Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН

Email: abdary@mail.ru
Россия, 420111, Казань, Лобачевского ул. 2/31

Е. А. Марфин

Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: abdary@mail.ru
Россия, 420111, Казань, Лобачевского ул. 2/31

Список литературы

  1. Nyborg W.L., Woodbridge C.L., Schilling H.K. Characteristics of jet-edge-resonator whistles // J. Acoust. Soc. Am. 1953. V. 25. № 1. P. 138–146. https://doi.org/10.1121/1.1906988
  2. Sami S., Anderson C. Helmholtz oscillator for the self-modulation of a jet // Proc. 7th Int. Symp. on jet cutting technology. BHRA. Cranfield. Bedford. England. 1984. P. 91–98.
  3. Sami S., Memar H. Self-sustained pressure oscillations in two-dimensional cavity // J. Hydraul. Eng. 1987. V. 113. № 8. P. 1055–1061. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1987)113: 8(1055)
  4. Brackenridge J.B., Nyborg W.L. Acoustical characteristics of oscillating jet-edge systems in water // J. Acoust. Soc. Am. 1957. V. 29. № 4. P. 459–463. https://doi.org/10.1121/1.1908928
  5. Powell A. On the edgetone // J. Acoust. Soc. of Am. 1961. V. 33. № 4. P. 395–409. https://doi.org/10.1121/1.1908677
  6. Vaik I., Varga R., Paal G. Frequency and phase characteristics of the edge-tone // Period. Polytech. Mech. Eng. 2014. V. 58. № 1. P. 55–67. https://doi.org/10.3311/PPme.7031
  7. Khosropour R., Millet P. Excitation of a Helmholtz resonator by an air jet // J. Acoust. Soc. Am. 1990. V. 88. № 3. P. 1211–1221. https://doi.org/10.1121/1.399698
  8. Panton R.L., Miller J.M. Resonant frequencies of cylindrical Helmholtz resonators // J. Acoust. Soc. of Am. 1975. V. 57. № 6. P. 1533–1535. https://doi.org/10.1121/1.380596
  9. Блохинцев Д.И. Возбуждение резонаторов потоком воздуха // Журн. технической физики. 1945. Т. 15. С. 63–70.
  10. Стрэтт Дж.В. (Лорд Рэлей). Теория звука. Т. 2. М.–Л.: ОГИЗ, 1944. 477 с.
  11. Chan Y.Y. Spatial waves in turbulent jets // Phys. Fluid. 1974. V. 17. № 1. P. 46–53. https://doi.org/10.1063/1.1694612
  12. Liu J.T.C. Nonlinear development of an instability wave in a turbulent wake // Phys. Fluid. 1971. V. 14. № 11. P. 2251–2257. https://doi.org/10.1063/1.1693325
  13. Dushin N.S., Mikheev A.N., Mikheev N.I., Molochnikov V.M. Experimental setup for vusualization of pulsating turbulent flows // Instrum. Exp. Tech. 2014. V. 57. № 4. P. 499–502. https://doi.org/10.1134/S0020441214030154
  14. Krüger F. Teorie der Schneidentöne // Ann. der Phys. 1920. V. 367. № 16. P. 673–690. https://doi.org/10.1002/andp.19203671602
  15. Anderson A.B.C. A jet-tone orifice number for orifices of small thickness-diameter ratio // J. Acoust. Soc. Am. 1954. V. 26. № 1. P. 21–25. https://doi.org/10.1121/1.1907284
  16. Morel Th. Experimental study of a jet-driven Helmholtz oscillator // J. Fluid Eng. 1979. V. 101. № 3. P. 383–390. https://doi.org/10.1115/1.3448983
  17. Schlichting H. Boundary-layer theory. New York: McGraw Hill, 1955. 535 p.
  18. Abdrashitov A.A., Marfin E.A. Nozzle length effect on the performance of the jet-driven Helmholtz oscillator // Fluid Dyn. 2021. V. 56. № 1. P. 142–151. https://doi.org/10.1134/S0015462821010018
  19. Абдрашитов А.А., Марфин Е.А., Чачков Д.В. Экспериментальное изучение скважинного акустического излучателя с кольцом в длинной цилиндрической камере // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 2. С. 241–249.
  20. Абдрашитов А.А., Марфин Е.А., Чачков Д.В., Чефанов В.М. Влияние формы сопла на амплитуду генерации в скважинном акустическом излучателе // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 4. С. 488–498.
  21. Марфин Е.А., Кравцов Я.И. Выбор оптимальных геометрических параметров излучателя на основе резонатора Гельмгольца // Известия РАН. Энергетика. 2005. № 6. С. 108–113.
  22. Rossiter J.E. Wind-tunnel experiments on the flow over rectangular cavities at subsonic and transonic speeds. Reports and Memoranda № 3438. London. 1964. 36 p. https://reports.aerade.cranfield.ac.uk/handle/1826.2/4020
  23. Ziada S., Bolduc M., Lafon P. Flow-excited resonance of diametral acoustic modes in ducted rectangular cavities // AIAA J. 2017. V. 55. № 11. P. 3817–3830. https://doi.org/10.2514/1.J056010
  24. Bennett G.J., Stephens D.B., Rodrigues Verdugo F. Resonant mode characterisation of a cylindrical Helmholtz cavity excited by a shear layer // J. Acoust. Soc. Am. 2017. V. 141. № 1. P. 7–18.

Дополнительные файлы


© А.А. Абдрашитов, Е.А. Марфин, 2023