1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Акустический журнал
  4. T. 69, № 4, 2023

Акустический журнал, 2023, T. 69, № 4, стр. 430-437

Возбуждение акустических мод гармониками тона отверстия в струйном осцилляторе Гельмгольца

А. А. Абдрашитов a, *, Е. А. Марфин a

a Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
420111 Казань, Лобачевского ул. 2/31, Россия

* E-mail: abdary@mail.ru

Поступила в редакцию 24.05.2022
После доработки 10.03.2023
Принята к публикации 16.03.2023

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.

Ключевые слова: аэроакустика, струйный тон, акустика струи, резонанс камеры

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 материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Акустический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал