在機(jī)械工程系 Hiroshi Yokoyama 教授小組與神戶制鋼所的一項(xiàng)研究合作中，使用橫山教授小組開發(fā)的計(jì)算方法研究了帶有孔板的膨脹管中的流動(dòng)和聲場(chǎng)。首次解釋了流場(chǎng)，包括各種渦流結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生的聲場(chǎng)。

細(xì)節(jié)

帶孔板的膨脹管在流體機(jī)械中常被用作消音器。然而，流經(jīng)這些膨脹管道時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的音調(diào)聲音。然而，這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)和聲音尚不清楚。

為了了解流過帶有兩個(gè)孔板的圓形膨脹管的音調(diào)聲音的機(jī)制以及強(qiáng)聲輻射的條件，基于橫山教授小組在日本東京大學(xué)開發(fā)的大規(guī)模計(jì)算方法，直接研究了流動(dòng)和聲場(chǎng)。豐橋工業(yè)大學(xué)與神戶制鋼所合作。

計(jì)算結(jié)果表明，音調(diào)聲輻射是由于渦流與孔板或膨脹管下游邊緣的碰撞而產(chǎn)生的。發(fā)現(xiàn)渦流結(jié)構(gòu)隨著速度和孔口半徑的變化而變化，出現(xiàn)螺旋渦、渦環(huán)和拱形渦，如圖所示。這種變化導(dǎo)致主要聲音的頻率和模式發(fā)生變化。研究結(jié)果發(fā)表在《流體物理學(xué)》(2024 年 3 月)上。

未來展望

根據(jù)本研究的結(jié)果，今后計(jì)劃進(jìn)行流體機(jī)械等低環(huán)境成本系統(tǒng)的研究開發(fā)。在計(jì)算方法的開發(fā)過程中，在各種條件下進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，并將結(jié)果與??預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證計(jì)算方法。盡管闡明了螺旋渦等各種渦旋的產(chǎn)生以及相應(yīng)的聲模態(tài)，但這些渦旋產(chǎn)生的基本機(jī)制尚未完全了解，需要未來進(jìn)一步研究。