Влияние скользящего потока на акустические характеристики резонатора Гельмгольца

Рассмотрена аналитическая модель резонатора Гельмгольца на стенке канала. Приведены зависимости его потерь передачи от геометрических параметров. Разработана конечно-элементная модель резонатора Гельмгольца при наличии скользящего потока в канале, на основе которой получены его траектории в горле резонатора. Численные расчеты также позволили определить потери передачи резонатора Гельмгольца как функцию частоты для различных скоростей течения скользящего потока. По полученным кривым потерь передачи определены действительная и мнимая части импеданса резонатора Гельмгольца, выраженных в виде его акустического сопротивления и присоединенной длины горла. Приведены зависимости этих параметров от скорости течения скользящего потока и обратного числа Струхаля при различных значениях диаметра и длины горла резонатора Гельмгольца. Полученные результаты позволяют существенно повысить точность расчета эффективности глушителей шума с резонаторами Гельмгольца в системах впуска и выпуска двигателей внутреннего сгорания.
EDN: RQVYHK, https://elibrary/rqvyhk

Литература

[1] Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. Москва, Гостехиздат, 1946. 220 с.

[2] Dean P.D. An in situ method of wall acoustic impedance measurement in flow ducts. J. Sound Vib., 1974, vol. 34, no. 1, pp. 97–130, doi: https://doi.org/10.1016/S0022-460X(74)80357-3

[3] Phillips B. Effects of high-wave amplitude and mean flow on a Helmholtz resonator. NASA TM X-1582. NASA, 1968. 19 p.

[4] Anderson J.S. The effect of an air flow on a single side branch Helmholtz resonator in a circular duct. J. Sound Vib., 1977, vol. 52, no. 3, pp. 423–431, doi: https://doi.org/10.1016/0022-460X(77)90569-7

[5] Hersh A.S., Walker B., Bucka M. Effect of grazing flow on the acoustic impedance of Helmholtz resonators consisting of single and clustered orifices. AIAA paper, 1978, paper 1124, doi: https://doi.org/10.2514/6.1978-1124

[6] Baumeister K.J., Rice E.J. Visual study of the effect of grazing flow on the oscillatory flow in a resonator orifice. NASA TM X-3288. NASA, 1975. 27 p.

[7] Walker B.E., Charwat A.F. Correlation of the effects of grazing flow on the impedance of Helmholtz resonators. J. Acoust. Soc. Am., 1982, vol. 72, no. 2, pp. 550?555, doi: https://doi.org/10.1121/1.388035

[8] Iqbal A., Selamet A. A two-dimensional computational study of the flow effect on the acoustic behaviour of Helmholtz resonators. Int. J. Veh. Noise Vib., 2010, vol. 6, no. 2–4, pp. 130–148, doi: https://doi.org/10.1504/IJVNV.2010.036682

[9] Selamet E., Selamet A., Iqbal A. et al. Effect of flow on Helmholtz resonator acoustics: a three-dimensional computational study vs. experiments. SAE Tech. Pap., 2011, no. 2011-01-1521, doi: https://doi.org/10.4271/2011-01-1521

[10] Dai X., Jing X., Sun X. Discrete vortex model of a Helmholtz resonator subjected to high-intensity sound and grazing flow. J. Acoust. Soc. Am., 2012, vol. 132, no. 5, pp. 2988–2996, doi: http://dx.doi.org/10.1121/1.4757736

[11] Lu Z., Pan W., Guan Y. Numerical studies of transmission loss performances of asymmetric Helmholtz resonators in the presence of a grazing flow. J. Low Freq. Noise Vib. Act. Control, 2019, vol. 38, no. 2, pp. 244–254, doi: https://doi.org/10.1177/1461348418817914

[12] Zhaoa H., Lu Z., Guan Y. et al. Effect of extended necks on transmission loss performances of Helmholtz resonators in presence of a grazing flow. Aerosp. Sci. Technol., 2018, vol. 77, no. 6, pp. 228–234, doi: https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.03.002

[13] Wu W., Guan Y. Numerical optimizing noise damping performances of Helmholtz resonators with a rigid baffle implemented at neck in presence of a grazing flow. J. Low Freq. Noise Vib. Act. Control, 2022, vol. 41, no. 4, pp. 1386–1401, doi: https://doi.org/10.1177/14613484221096232

[14] Bykov A., Komkin A. Design of Helmholtz resonator with required characteristics. MATEC Web Conf., 2020, vol. 320, art. 00012, doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/202032000012

[15] Комкин А.И., Миронов М.А., Быков А.И. Поглощение звука резонатором Гельмгольца. Акустический журнал, 2017, т. 63, № 4, с. 356–363, doi: https://doi.org/10.7868/S0320791917030078

[16] Комкин А.И., Быков А.И. Инерционная присоединенная длина горла резонаторов Гельмгольца. Акустический журнал, 2016, т. 62, № 3, с. 277–287, doi: https://doi.org/10.7868/S0320791916030096

[17] Panton R.L., Miller J.M. Resonant frequencies of cylindrical Helmholtz resonators. J. Acoust. Soc. Am., 1975, vol. 57, no. 6-2, pp. 1533?1535, doi: https://doi.org/10.1121/1.380596

[18] Matasova O.Yu., Komkin A.I., Tupov V.B. Features of mufflers simulation in the presence of a grazing flow. The 6th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE) conference, 2024. 5 p., doi: https://doi.org/10.1109/REEPE60449.2024.10479857

[19] Комкин А.И., Миронов М.А., Юдин С.И. Собственная частота резонатора Гельмгольца на стенке прямоугольного канала. Акустический журнал, 2014, т. 60, № 2, с. 145–151, doi: https://doi.org/10.7868/S0320791914020105

[20] Дубень А.П., Козубская Т.К., Королев С.И. и др. Исследование акустического течения в горле резонатора. Акустический журнал, 2012, т. 58, № 1, с. 80–92.

[21] Zhang X., Cheng L. Acoustic impedance of micro-perforated panels in a grazing flow. J. Acoust. Soc. Am., 2019, vol. 145, no. 4, pp. 2461–2469, doi: https://doi.org/10.1121/1.5098785

[22] Kooijman G., Hirschberg A., Golliard J. Acoustical response of orifices under grazing flow: effect of boundary layer profile and edge geometry. J. Sound Vib., 2008, vol. 315, no. 4-5, pp. 849–874, doi: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.02.030

[23] Chen Z., Ji Z., Huang H. Acoustic impedance of perforated plates in the presence of fully developed grazing flow. J. Sound Vib., 2020, vol. 485, art. 115547, doi: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2020.115547