Overview of the experimental determination of acoustic flow on the basis of sound intensity measurements

• Autorzy: Weyna S.

Identyfikatory

DOI

http://dx.doi.Org/10.7494/mech.2014.33.l.26

Warianty tytułu

PL

Przegląd rezultatów badań przepływów akustycznych wykonanych metodą pomiaru rozkładu natężenia dźwięku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A large variety of CFD/CAA hybrid approaches are commonly used today for aero-acoustic engineering applications using equations and the coupling between source and acoustic propagation region. The coupling is usually made using Lighthill 's acoustic analogies and Kirhchoff's acoustic boundary conditions. This paper intends to give answer how the size and shape of the source may be influence on the accuracy of the different coupling methods and their sensitivity. In this way, some experimental investigation was made using sound intensity measurement technique to the graphic presentation of the spatial distribution of the acoustic power flow over various geometrical shapes of structures located in a three-dimensional space. The results of these studies contribute to the theory of sound and general knowledge about the physics of flow acoustic phenomena, especially in the near acoustic field. As a result of research, the visualization analysis of the sound intensity flux in 3D space is shown as flow wave reactions on the presence of obstacles with different shapes. The results of vector flow fields around a rectangular and circular plate, over the cavity and inside a ducts are shown. The visualization of acoustic power flow in real-life acoustic fields can explain many particular energetic acoustic effects like scattering, vortex flow in shielding area, etc., concerning area where it is difficult to make numerical analysis.

Duża różnorodność hybrydowych zastosowań technik CFD/CAA jest dzisiaj powszechnie używanym narzędziem w inżynierskich zastosowaniach aeroakustycznych wykorzystujących równania sprzęgające źródło drgań mechanicznych z polem propagacji akusty­cznej. Sprzęganie tych obszarów odbywa się zwykle za pomocą akustycznej analogii Lighthilla i akustycznych warunków brzegowych Kirhchoffa. W tej publikacji poszukuje się odpowiedzi, jak wielkość i kształt źródła wpływa na dokładność i wrażliwość różnych metod sprzęgania. W tym celu wykonano kilka badań eksperymentalnych z użyciem techniki pomiaru natężenia dźwięku obrazując przestrzenny rozkład przepływu energii akustycznej w otoczeniu przeszkód o różnych kształtach geometrycznych. Jako rezultaty badań przepływów pokazano reakcje fali akustycznej na różnego kształtu przeszkody wprowadzone w pole przepływowe. W formach graficznych przedstawiono wyniki badań przepływów wokół płaskiej i okrągłej płyty, nad wnęką akustyczną i we wnętrzach przewodów. Wizualizacja przepływu energii akustycznej w połach rzeczywistych może wyjaśnić wiele szczególnych efektów akustycznych, takich jak rozpraszanie i tworzenie się wirów za przeszkodą lub podobne reakcje w obszarach, dla których trudno jest budować modele numeryczne.

Słowa kluczowe

EN

flow acoustics; sound intensity; sound imaging

PL

przepływy akustyczne; natężenie dźwięku; wizualizacja dźwięku

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 33, no. 1
• Strony: 26--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Weyna S.

• West Pomeranian University of Technology, Faculty of Maritime Technology and Transport, Szczecin, Poland

Bibliografia

• 1. Crighton D.G. et al., 1966, Modem Methods in Analytical Acoustics. Springer-Verlag, London. Dickinson R.R., 1989, A unifield approach to the design of visualization software for the analysis of field problems. Proc. Three-dimensional Visualization and Display Technologies, Spie, 173-180.
• 2. Fahy F.J., 1989, Sound Intensity. Elsevier Applied Science, London.
• 3. Ffowcs Williams J.E., 1996, Aeroacoustics. Journal of Sound and Vibratio 190(3), 387-398.
• 4. Gerald-Yamasaki M., 1995, Visualization of Computational Fluid Dynamics. CFD Revue 1995.
• 5. Gloerfelt X., Bailly C, Juve D., 2003, Direct computation of the noise radiated by a subsonic cavity flow and application of integral methods. Journal of Sound and Vibration, 266(1), 119-146.
• 6. Hafez M., Oshima K., 1995, Computational Fluid Dynamics Review. John Wiley & Sons, Chichester.
• 7. Hargreaves D.M., Morvan H.P., Wright N.G., 2007, Validation of the volume of fluid method for free surface calculation: the broad-crested weir. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, vol. 1, no.2, 136-164.
• 8. Lighthill M.J., 1952, On sound generated aerodinamically -1. General theory. Proc. of the Royal Society A 211, 564-587.
• 9. Mak CM., Oldham D.J., 1995, The application of computational fluid dynamics to the prediction of regenerated noise in ventilation system. Inter-Noise, Newport Beach, CA, 281-284.
• 10. Munson B.R., Young D.F., Okiishi T.H., 1990, Fundamentals of Fluid Mechanics. Wiley, New York.
• 11. Raffel M., Willert C, Kompenhans J., 1998, Particle-image Velocimetry. A Practical Guide. Springer, Heidelberg.
• 12. Richards S.K., Zhang X., Chen X.X., Nelson P.A., 2004, The evaluation of non-reflecting boundary conditions for duct acoustic computation. Journal of Sound and Vibration, 270, 539-557.
• 13. Wagner C, Huttl T., Sagaut P., 1989, Large-eddy Simulation for Acoustics. Cambridge Univ. Press, Cambridge.
• 14. Weyna S., 2007, Some comments about the existing theory of sound with comparison to the experimental research of vector effects in real-life acoustic near fields. Archives of Acoustics vol. 32, no 4, 441-451.
• 15. Weyna S., 2009a, Experimental study of sound propagation in open duct with variable geometry. 16-th International Congress on Sound and Vibration, ICSV16, Kraków 2009, S-187.
• 16. Weyna S., 2009b, Visualization method of acoustic wave propagation in real-life conditions. The First International Conference on Soft Computing Technology in Civil, Structural and Environmental Engineering. Madeira 2009 Civil-Comp Press, 97-104.
• 17. Weyna S., 2010a, Acoustic intensity imaging methods for in-situ wave propagation. Archives of Acoustics. 35(2), 2010, 265-273.
• 18. Weyna S., 2010b, An acoustics intensity based investigation of the energy flow over the barriers. Acta Physica Polonica A vol. 118, 172-178.
• 19. Weyna S., 2011, Acoustics flow visualization method — seeing the invisible. Proc. The 8th International Conference on Fuzzy systems and Knowledge Discovery, Shanghai.
• 20. Weyna S., 2012a, Acoustics flow field visualization using sound intensity and laser anemometry methods. XX Fluid Mechanics Conference KKMP2012, Gliwice, 27-2. Weyna S., 2012b, Visualization method of acoustic wave propagation based on the sound intensity measurement. Chapter in: Nowicki A. (ed.), Acoustic Imaging. Springer, vol. 31. 243-252.
• 21. Weyna S., 2013, Visualizations of the subsonic acoustic wave flow inducing noise inside open ducts. Proc. 20th International Congress on Sound and Vibrations, ICSV20, Bangkok.
• 22. Weyna S., 2014, Acoustics flow analysis in circular duct using sound intensity and dynamic mode decomposition. XXI Fluid Mechanics Conference, Journal of Physics: Conference Series 530 (2014), 012046.
• 23. Weyna S., Mickiewicz W., Pyła M., Jabłoński M., 2013, Experimental acoustic flow analysis inside a section of an acoustic waveguide. Archives of Acoustics, vol. 38(2), 211-216.
• 24. Williams E.G., 1999, Fourier Acoustics — Sound Radiation and Nearfield Holography. Academic Press. San Diego, London, New York.
• 25. Zhang Zh., 2010, LDA Application Methods - Laser Doppler Anemometry j Fluid Dynamics. Springer.