Home » Misc » Геликоидный ротор

Геликоидный ротор


принцип работы, плюсы и минусы разных конструкций

Использование энергии ветра для выработки электричества – одна из перспективных форм развития альтернативной энергетики. Вертикальный ветрогенератор является перспективным направлением развития отрасли, т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с горизонтальными аналогами.

Принцип работы

Вертикальный ветряк представляет собой цилиндр, устанавливаемый на основание. Благодаря своей форме, работает вне зависимости от направления ветра. Вне зависимости от вида вертикального ветрогенератора,  он устроен таким образом, чтобы давление потока воздуха на одну из его сторон было выше, чем на другую.

Благодаря такой разнице в давлении происходит вращение оси генератора и выработка электричества. Из-за того, что сила ветра направлена на обе стороны ветрогенератора, показатель стартовой скорости ветра немного больше, чем у горизонтальных ветряков, но при должном качестве деталей, существует самораскрутка – т. е. значительное увеличение оборотов генератора даже при небольшом (от 3,5 м/с) ветре.

Какая конструкция лучше

Существует несколько принципиально разных конструкций вертикальных ветрогенераторов, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.

  1. Ветряк Савониуса - полукруглые лопасти

    Ротор Савониуса. Модель такого вертикального ветряка включает в себя две или более лопасти, выполненные в форме полукруга. При этом давление, оказываемое на «открытую» часть круга значительно превышает то, которое воздействует на противоположную сторону. Конструкция достаточно проста в изготовлении, поэтому пользуется наибольшей популярностью среди самодельных вертикальных ветрогенераторов. Недостатки:
    • Большая «парусность». Воздействие ветра кренит всю конструкцию, создавая напряжение в оси и выводя из строя подшипник, на котором вращается весь ротор.
    • Конструкция не способна начать вращаться самостоятельно при наличии двух или трех лопастей, поэтому два таких ротора необходимо закреплять на одной оси одну под другой под углом в 90°

  2. На ортогональный ротор устанавливают дополнительные статические экраны для увеличения производительности

    Ротор Дарье или ортогональный. Существует множество модификаций такого вертикального ветрогенератора, но принцип работы остается неизменным. Вращение происходит за счет крылообразной формы лопасти генератора. При воздействии потока воздуха создается подъемная сила, за счет которой и вращается ось. Недостатки:
    • Низкая, даже по меркам ветрогенераторов, эффективность.
    • Скорость ветра для полной раскрутки такого генератора должна быть не менее 4 м/с. При этом до набора полной скорости вращения такого ротора, нагрузку к ветряку подключать нельзя – остановится.
    • Шумность. Если в остальных моделях шум издают только подвижные части (подшипники), то вертикальный ветрогенератор такого типа шумит лопастями. Очень сильно.
    • Из-за вибрации быстро выводит из строя подшипники и все несущие элементы конструкции.

  3. Геликоидный ротор имеет сложную конструкцию

    Геликоидный ротор. Этот вертикальный ветрогенератор имеет замысловатую форму, но по - сути это ортогональный ветрогенератор с вертикальной осью, только лопасти у него закручены вдоль несущей оси, что значительно повышает срок службы всей конструкции, т. к. обеспечивает равномерную нагрузку на подшипник и мачту со всех сторон. Недостатки:
    • Сложность в изготовлении, отсюда высокая стоимость вертикального ветряка.

  4. Многолопастной ветряк

    Многолопастной вертикальный ветрогенератор. Если рассматривать только коммерческие образцы – этот тип ротора является наиболее производительным и дает наименьшую нагрузку на несущие детали. Внутри такого вертикального ветряка содержится дополнительный ряд статичных лопастей, которые направляют поток воздуха таким образом, чтобы максимально увеличить эффективность ротора. Недостатки:
    • Высокая стоимость устройства из-за большого количества деталей.

Плюсы вертикальной оси

Положительные качества всех вертикальных ветрогенераторов:

  1. Не направляются по ветру, работают при любой его направленности.
  2. В отличие от ветрогенераторов с горизонтальной осью, имеет только одну ось вращения, следовательно бо́льший срок службы.
  3. Возможна установка на небольшой высоте - от 1,5м, в зависимости от модели.
  4. Все важные подвижные элементы находятся в нижней части генератора, что позволяет удобно его обслуживать.

    Важно. При необходимости вал ротора увеличивается до необходимой длины для удобства доступа к статору, без существенной потери КПД.

  5. Возможность собрать действующий ветрогенератор своими руками из подручных материалов.
  6. Благодаря возможности создания жесткой конструкции с несколькими точками опоры, вертикальные ветрогенераторы работают при бо́льшей максимальной скорости ветра.
  7. Более высокая устойчивость к разрушающему воздействию ветра.
  8. В этих ветряках возможно создание собственной циркуляции воздуха, за счет чего образуется быстроходный эффект, когда линейная скорость лопастей в 20 и более раз превышает скорость ветра.

Минусы

  1. Громоздкость конструкции. Самые легкие вертикальные ветряки весят не менее 300 кг вместе со стойкой.
  2. Низкая эффективность по сравнению с горизонтальным.
  3. Шумность. Ветряк издает шум от лопастей во время работы.

Видео. Геликоидный ветрогенератор

В ролике наглядно показана работа геликоидного ветряка, установленного на специальной мачте

Выгодное сотрудничество с китайскими фабриками Частный дом в Уфе: покупать или строить? Важные дополнения для вашей идеальной ванной комнаты Дизайн любого помещения: обзор стилей и их особенности

Создаем ветрогенератор Савониуса своими руками

Содержание

  1. Что представляет собой ротор Савониуса
  2. Особенности вертикально-осевых роторов
  3. Использование автомобильного генератора
  4. Изготовление ротора Савониуса
  5. Рекомендуемые товары

Применение ветрогенераторов становится все более распространенным способом производства электроэнергии. Они довольно просты, не требуют слишком значительного ухода и частых ремонтов, позволяют обеспечить электроэнергией частный дом или служат источником дополнительного питания для освещения и т.д. Стоимость готового комплекта слишком высока, что служит поводом проявить свои конструкторские способности и заняться изготовлением ветряка своими руками. Рассмотрим одну из наиболее известных и распространенных конструкций ветрогенераторов.

Что представляет собой ротор Савониуса

Ветрогенератор или, точнее, ротор Савониуса — это конструкция с вертикальной осью вращения. Лопасти такого ротора представляют собой изогнутые плоскости, объединенные обычно по 2 шт. Это вызвано тем, что большая площадь лопастей вызывает сильные противодействующие нагрузки, когда потоком ветра создается давление на тыльные стороны. Создается компенсирующее давление, уравновешивающее воздействие на обе стороны лопаток, что создает трудности при запуске.

Существуют и конструкции с большим количеством лопастей, но они немного изменены — разнесены в стороны и имеют относительно небольшую площадь. Такой вариант применяется при использовании тяжелых роторов, нуждающихся в сильном крутящем моменте для работы, и разнос лопастей относительно оси создает рычаг, увеличивающий усилие вращения.

На первый взгляд, ротор Савониуса неработоспособен, поскольку задняя сторона лопастей создает сильное сопротивление вращению оси. Но это не так. Потоки ветра, попадающие на заднюю часть лопатки, благодаря ее закругленной форме мягко омывают ее и делятся на две части. Одна уходит в сторону, а другая соскальзывает на рабочую сторону второй лопасти и способствует усилению ее вращения.

Этот эффект хорошо проявляется только при 2 лопастях, расположенных диаметрально, поэтому для увеличения крутящего момента используют пары лопастей, установленных друг под другом с поворотом относительно вертикальной оси на 90°.

Особенности вертикально-осевых роторов

Вертикальные конструкции имеют меньшую эффективность по сравнению с горизонтальными. Это их основной и общепризнанный недостаток. При этом, вертикальные конструкции намного удобнее в самостоятельном изготовлении. Они не нуждаются в системе наведения на ветер, что является обязательным для горизонтальных роторов. Кроме того, независимость от угла атаки ветра позволяет существенно снизить вес вращающейся части, что облегчает запуск при относительно слабых ветрах.

Помимо уже известного нам ротора Савониуса распространены другие типы вертикально-осевых конструкций:

  • ротор Дарье
  • ротор Ленца ортогональный
  • геликоидный

Обилие конструкций позволяет выбрать наиболее доступную для самостоятельного изготовления. Основная задача мастера — понять специфику избранной для повторения системы, усвоить принцип ее действия. Все допущенные ошибки обычно выражаются трудностями при запуске вращения и большим весом ротора, который создает чрезмерную нагрузку на опорные конструкции и обладает большой инерцией покоя. В сети имеется множество роликов с описаниями самодельных ветрогенераторов. Вот, например, репортаж о создании ротора Ленца:

Особенностью конструкции является сочетание подъемной силы лопастей, имеющих в сечении форму крыла самолета, с дополнительными уступами на внешней части лопастей, увеличивающими ветровое давление на них и усиливающими крутящий момент.

Подобных конструкций имеется немало, что подтверждает возможность создания своими руками ветрогенератора без крупных денежных вложений.

Использование автомобильного генератора

Одним из необходимых элементов ветрогенератора является собственно генератор, устройство, преобразующее энергию вращения в электрический ток.

Существуют разные пути решения вопроса, от самодельных конструкций, до использования мотор-колеса или иных готовых устройств. Одним из эффективных вариантов является автомобильный генератор. Это готовая конструкция, не нуждающаяся в каких-либо существенных изменениях или переделках.

Применение автомобильных генераторов сокращает время изготовления ветрогенератора, снимает заботу о создании генератора своими руками (часто с неясным результатом).

Приведенный видеоролик достаточно подробно и наглядно демонстрирует процесс доработки, установки и прочих действий с автомобильным генератором при создании ветряка.

Изготовление ротора Савониуса

Конструкция Савониуса, при всех своих недостатках, наиболее удобна для создания своими руками. Она не требует создания лопастей со сложными криволинейными поверхностями или сечением, способствующим созданию подъемной силы. Для изготовления лопастей Савониуса подойдут любые криволинейные элементы из продольно разрезанных пластиковых труб, металлических бочек, загнутых самостоятельно металлических листов.

Для изготовления ротора достаточной величины прежде всего потребуется ось вращения, установленная на подшипники. Наиболее распространена конструкция, когда часть вала, на которой будут закреплены лопасти, выходит из проходной ступицы с подшипником и остается свободной, чтобы не создавать препятствий для движения лопаток. Нижняя часть вала проходит через второй подшипник и оснащается шкивом для передачи вращения на мультипликатор (устройство, увеличивающее скорость вращения) или непосредственно на генератор.

Изготовление лопаток требует наличия материала. Как уже говорилось, используются изначально загнутые элементы, или применяются стальные листы (например, из оцинкованной стали), профиль которым придается самостоятельно. Выбор того или иного варианта — вопрос доступности или возможностей мастера, но если лопатки делаются полностью самостоятельно, то не возникает зависимости от размеров труб, бочек или иных цилиндров.

Установка лопаток производится на прямой линии, проходящей через ось вращения. При монтаже большого количества лопаток может получиться ситуация, когда ротор находит устойчивое положение и не запускается даже при относительно большой скорости ветра, что требует приложения к нему стартового импульса. Необходимо также следить за весом конструкции и стремиться всячески снизить его, но не в ущерб прочности. Легкая вращающаяся часть начинает движение при меньших скоростях ветра, поэтому чрезмерно увеличивать массу ротора нецелесообразно.

Рекомендуемые товары

 

 

Как вам статья?

Геодезические линии на циклических винтовых поверхностях

NASA/ADS

Геодезические линии на циклических винтовых поверхностях

  • Никитенко О.
    • ;
  • Ковалова Г.
Аннотация

В настоящее время в технике широко применяются ветродвигатели с вертикальной осью. За счет закрутки лопастей вращение геликоидного ротора более равномерное, что значительно снижает динамическую нагрузку на опорные узлы и, таким образом, увеличивает срок их службы. Но в процессе действия ветровой нагрузки на поверхности лопастей возникают трещины, развитие которых со временем может привести к их частичному разрушению или всей конструкции, поэтому их обнаружение и устранение являются важной частью проектирования и изготовления. Известно, что траектории трещин совпадают с семействами линий геодезических поверхностей, что в конечном итоге приводит к мысли о больших напряжениях вдоль геодезических по сравнению с напряжениями вдоль линий кривизны. Термин «геодезический» впервые употребил П. Лаплас по отношению к «кратчайшим линиям» на земной поверхности. Долгое время геодезическая линия существовала только теоретически в дифференциальной геометрии как линия геометрии внутренних поверхностей. Но в настоящее время семейства геодезических линий находят практическое применение в технике и производстве. Например, при формировании поверхностей для выкладки из стеклопластика или укреплении цилиндров из композиционных материалов армированными нитями, при расчете траектории движения мобильного робота. Препятствием в нахождении линий геодезической поверхности является задача вычислительного характера. Только для ограниченного списка известных поверхностей (цилиндр, конус, псевдосфера) можно найти уравнение геодезических линий в явном виде. Для всех остальных, в том числе и для сферы, их поиск сводится к интегрированию дифференциальных уравнений численными методами.

В этой статье уравнение геодезических линий на циклической винтовой поверхности получено путем минимизации длины кривой. Поскольку все формулы достаточно громоздки для вычислений, для вычисления некоторых интегралов мы использовали формулы Симпсона. На таких поверхностях в графическом редакторе было построено несколько геодезических для подтверждения результатов.


Публикация:

Применение математики в технических и естественных науках: 11-я Международная конференция по содействию применению математики в технических и естественных науках - АМиТаНС'19

Дата публикации:
октябрь 2019 г.
DOI:
10.1063/1.5130795
Биб-код:
2019АИПК. 2164д0003Н

Влияние центральной трубы на форму модального канала спиралевидной формы в простой камере расширения

На этой странице зависит от внутренней геометрии. Эта форма может быть результатом распространения плоской волны или распространения трехмерной волны. Эти формы отображают распределение акустического давления, которое может быть использовано при проектировании или модификации глушителей для создания резонанса на частотах среза и, следовательно, для ослабления шума или специальных эффектов на выходе шума. В этом исследовании сравниваются формы мод акустических каналов двух наборов четырехшаговых конфигураций геликоида в простой расширительной камере с центральной трубой и без нее. Модели создаются с помощью программного обеспечения для моделирования Autodesk Inventor и импортируются в ANSYS 18. 2, где объем жидкости из сложной геометрии автоматизированного проектирования (САПР) извлекается для трехмерного (3D) анализа. Создается сетка для захвата деталей жидкостной полости в диапазоне частот от 0 до 2000 Гц. После определения акустических свойств перед расчетом были определены акустические граничные условия и нагрузки на входе и выходе. Акустические результаты постобработки модальных форм и характеристик потерь при передаче (TL) двух конфигураций были получены и сравнены для геометрий с одинаковым шагом спирали. Было установлено, что в то время как распространение плоской волны в простой расширительной камере (ПЭК) приводит к четко выраженной картине акустического давления поперек пути распространения, распределение в конфигурациях с центральной трубой и без нее отражает трехмерные характеристики распространения акустической волны с паттерны рассеиваются или объединяются в области либо с очень низкими, либо с очень высокими перепадами акустического давления. Разница около 80 децибел между самым высоким и самым низким уровнем акустического давления наблюдалась для модального воздуховода геометрии с четырьмя витками и с центральной трубой. С другой стороны, форма кривой TL смещается от синусоидального профиля с хорошо выраженными пиками и впадинами в определенные кратные 9 раз.0050 π для простой расширительной камеры, в то время как для двух других конфигураций зависело от изменения длины волны, которое влияет на место возникновения частоты отсечки или отсечки. Геометрия с четырьмя витками и центральной трубой имела максимальное значение TL около 90 децибел при частоте примерно 1900 Гц.

1. Введение

При вихревом движении кривизна линий тока вводит действие центробежной силы, которая должна уравновешиваться градиентом давления в жидкости [1]. Аэродинамический звук возникает в результате движения вихрей или завихренности в нестационарном потоке жидкости. Вихревой поток можно ввести в жидкостные системы путем модификации пути потока для достижения желаемых эффектов. К таким модификациям относятся введение отверстий с острыми краями [2], барьеров на пути потока [3] или внезапное сужение или расширение, как в случае с СЭП [4]. Применение этого явления в вихревом движении было успешно изучено Смитом и др. [5], которые определили два механизма рассеяния, которые позволяют соседним модам взаимодействовать; рассеяние происходит на значительно более низких частотах, когда присутствует средний поток; при рассеянии происходит обмен энергией между средним потоком и акустическим полем.

Эффекты вихря в акустике также изучались Oosterhuis et al. [6], которые предсказали взаимосвязь между перепадом давления и рассеиванием акустической мощности. Изменения циркуляции или площади вихревого кольца порождают дипольное звуковое поле. Когда этот источник звука соединяется с резонатором, могут генерироваться большие амплитуды. Нелинейное поведение резонаторов, в которых изменение выхода не пропорционально изменению входа при отрыве потока, делает такие устройства эффективными звукопоглотителями. На акустическую волну могут сильно влиять такие факторы, как средний поток, конвекция, преломление при сдвиге, взаимодействие с завихренностью и рассеяние за счет турбулентности.

Конфигурация геликоида и центральной трубки в простой расширительной камере, которая является предметом данного исследования, представляет собой модифицированный вариант трубки Гершеля-Квинке [7]. В настоящей конструкции путь в обход центральной трубы удлиняется за счет изменения шага геликоида для фиксированной длины камеры. Подобные модификации были изучены Selamet et al. [8], Karlsson и Glav [9], Selamet и Easwaran [10], хотя отличие здесь заключается в вытянутости пути вдоль и вокруг оси распространения, в отличие от того, что параллельно оси распространения только в системе Гершеля. -Квинке версии.

Волновое уравнение, описывающее звук в одном измерении в точке x, имеет вид [11], где p — акустическое давление, а c — скорость звука. При условии, что скорость постоянна и не зависит от частоты, то общее решение уравнения принимает вид , где f и g — любые две дважды дифференцируемые функции. Это можно изобразить как суперпозицию двух сигналов произвольного профиля, один (f) движение вверх по оси x и другое (g) вниз по оси x со скоростью c . Частный случай синусоидальной волны, распространяющейся в одном направлении, получается путем выбора либо f , либо g в качестве синусоиды, а другого в качестве нуля, что дает где w — угловая частота волна, а k — ее волновое число.

2. Материалы и методы

В этом анализе использовались две компоновки (модель А и модель В), каждая с четырьмя вариантами геликоида внутри простой расширительной камеры с габаритными размерами, как показано на рисунке 1(а). Модель А была исследована в [12]. Геликоидальная геометрия (рис. 1(б)) определяется его внешним диаметром, совпадающим с внутренним диаметром расширительной камеры (D = 150 мм), внутренним диаметром, соответствующим внутреннему диаметру входной и выходной труб (d = 50 мм). , шаг варьируется (350, 175, 117 и 87,5 мм), а общая длина соответствует внутренней длине расширительной камеры (L = 350 мм). Толщина модели 5 мм по всей длине.

Для первой компоновки распространение звука таково, что поток возможен через миделе и вокруг пространств после внезапного расширения на входе в камеру, определяемую геликоидом в пределах SEC, и последующего присоединения к основному потоку из-за сжатия на конец расширительной камеры. Эффекты противодавления сведены к минимуму, так как на прямом пути распространения акустической волны нет барьера, но существует возможность генерации аэродинамического звука за счет завихренности, создаваемой геликоидом. Во втором варианте к расширительной камере добавляется концентрическая трубка диаметром 50 мм для всех вариантов, показанных во втором столбце таблицы 1. Зазор в 50 мм создается концентрической трубкой сразу после внезапного расширения и непосредственно перед внезапным расширением. сокращение СЭС.

Геометрические модели были смоделированы в 3D с помощью программного обеспечения Autodesk Inventor и импортированы в Ansys, где объем жидкости был извлечен из сложной геометрии CAD для 3D-анализа. Геометрия была построена на основе максимальной частоты 2000 Гц и скорости звука 343 м/с, что дало размер сетки примерно 0,02 м. Анализ переходной вычислительной гидродинамики (CFD) был выполнен после определения акустических свойств и применения акустических граничных условий и нагрузок. Детали определенных граничных условий включены в Приложение в конце настоящего документа.

3. Результаты и обсуждение

Результаты постобработки включали карту поля акустического звукового давления, рассчитанную в каждом узле элемента, график акустической частоты во времени и график результатов акустической мощности. Они суммированы на рисунках 2–5 и в таблице 2.

На рисунке 2 карта акустического давления показывает четко определенную характеристику распространения плоских волн, определяемую (3). Он представляет гармоническое во времени звуковое поле с аналогичными характеристиками в трех различных секциях (входная секция, выпускная секция и секция камеры), которые не зависят от осевой координаты, определяемой бесконечной суммой специальных решений, называемых узлами, которые сохраняют свою форму. при прохождении каждого из этих участков. Общий уровень громкости составляет около 15 децибел, что видно из цветовой схемы, как видно из легенды слева.

Исходя из геометрии базовой конструкции, коэффициент расширения площади (m = D/d) равен 3, а коэффициент L/D = 7 означает, что используемая камера длиннее в осевом направлении. Скорость звука c принята равной 343,14 мс −1 . На рисунке 3 представлена ​​TL SEC. Его осевая TL дается формулой [11] Из (4) для всех значений м TL будет стремиться к нулю при числе Гельмгольца (или безразмерном частотном параметре) кл, определяется как Частота м й впадина f м дается Он показывает пики и впадины в единообразной схеме, с впадинами, возникающими периодически на частоте приблизительно 500 герц (Гц) и ее целых кратных. В этих местах TL равна или стремится к нулю, что означает, что вся акустическая энергия излучается через выходное отверстие геометрии. Также из графика видно, что средняя TL (в пиках) аналогична полученной из карты модальных дактов и подтверждает выводы для всего исследуемого диапазона частот. Это также видно из (4), которое указывает на то, что пики будут иметь место при кл = (2м – 1) π /2 , где м = 1, 2, 3,…; то есть посередине между соседними желобами. Большая часть инжектируемой акустической энергии отражается полостью и возвращается через входную часть. Этот результат (рис. 2 и 3) аналогичен результатам, полученным рядом исследователей [13, 14].

Уравнение (4) также показывает, что увеличение отношения площадей увеличивает TL на всех частотах, но не поднимает впадины; они по-прежнему касаются 0 дБ. Это делает его непригодным для обычного использования, поскольку достижение желаемой характеристики TL будет означать увеличение размера глушителя, что нежелательно, особенно с учетом того, что ходовая часть обычно ограничена в пространстве. Увеличение размера также приведет к увеличению затрат.

Результаты карт в Таблице 2 показывают графики реальной части акустического давления, чтобы визуализировать резонанс, наблюдаемый на графике TL для каждой из оцениваемых моделей (Модель a, столбец 1 и Модель b, столбец 2). Они явно отличаются по конфигурации от наблюдаемых для SEC. Геликоид вносит торсионный эффект в области низкого и высокого акустического давления, тем самым объясняя разные профили ПС. В этих моделях влияние геликоида обусловлено центробежными эффектами вихря, приводящими к перепадам давления и диссипации акустической мощности, что приводит к возникновению дипольного звукового поля. Модель 1а демонстрирует характеристики распространения плоской волны примерно до 1200 Гц, где начинается распространение трехмерной акустической волны. Максимум TL составляет около 1300 Гц. По сравнению с моделью 1b, трехмерное распространение акустической волны ощущается после 400 Гц с максимальной TL около 900 Гц.

Для модели 2a внезапный всплеск значения TL начинается примерно при 1150 Гц, тогда как для модели 2b это происходит намного раньше при 600 Гц. Для модели 3a внезапный всплеск значения TL наблюдается при 700 Гц, тогда как для модели 3b это происходит примерно при 450 Гц. Для этих трех наборов моделей эффекты распространения трехмерных волн проявляются намного раньше при наличии центральной трубы по сравнению со случаем, когда труба не включена. Обе модели 4a и 4b демонстрируют одинаковые характеристики, в которых эффекты распространения трехмерных волн проявляются на частоте около 1400 Гц с максимальным TL, равным 9. 2 децибела на частоте 1900 Гц. Широкополосное затухание наблюдается для модели 4 в диапазоне частот от 1400 Гц до 1900 Гц. Однако сходство в характеристиках TL не отражается на картах акустического давления, но геометрия с центральной трубой и без нее дает одинаковые характеристики TL.

С введением геликоида в SEC на всем этом участке наблюдаются области довольно низкого акустического давления. Возникновение этих областей низкого давления, вероятно, повлияет на общее акустическое давление в соответствующих конфигурациях. По мере того, как волна распространяется вниз по течению, наблюдается общее снижение уровней акустического давления с закономерностями, указывающими на затухание шума. По мере увеличения количества витков с одного до четырех схема также изменяется, чтобы обеспечить общее низкое акустическое давление на выходе, как показано в модели 4b в таблице 2. Это явление приводит к улучшенным характеристикам потерь при передаче для данной геометрии. Эффективные параметры вдоль направления распространения внутри геликоида зависят от спиральности, поскольку шаг изменяется, когда другие геометрические параметры остаются постоянными.

4. Выводы и рекомендации

В этой статье программа Ansys 18.2 использовалась для моделирования распределения акустической энергии в простой расширительной камере с геликоидом. Четыре варианта геликоида использовались для предсказания поведения акустической энергии при изменении высоты тона. Результаты показывают преобразование акустической энергии из-за распространения плоской волны, наблюдаемой для простой расширительной камеры, в сложную комбинацию распространения плоской волны и трехмерной волны, вызванной геликоидальной геометрией. Наблюдается консолидация и реконфигурация областей высокого и низкого акустического давления. Включение центральной трубы обеспечивает два различных пути распространения акустических волн. Это приводит к подавлению акустических волн и, следовательно, к ослаблению шума, если существует разность фаз между двумя распространяющимися волнами, когда они встречаются ниже по потоку. Внедрение центральной трубы также способствовало изменению распределения акустической энергии.

Также были исследованы характеристики потерь при передаче четырех вариантов геликоида в простой расширительной камере. Кривые TL показывают «пики», при которых глушитель эффективен, и «впадины», где TL приближается или стремится к нулю, указывая на то, что вся акустическая энергия излучается через выходное отверстие глушителя. При максимальной TL большая часть инжектируемой акустической энергии отражается полостью и возвращается обратно через входное сечение.

На более низких частотах результаты моделей показывают распространение плоской волны, характеризующейся равномерной и периодической формой графика потерь при передаче. Это также можно увидеть на карте поля давления соответствующих моделей до и после расширительной камеры. Однако на более высоких частотах формируются сложные поля давления, указывающие на то, что распространение волны больше не является плоским и, следовательно, не способствует акустическому распространению. Это показано на карте поля давления в простом расширенном объеме различными уровнями давления с разными цветовыми оттенками. Интерпретацией этого на графике потерь при передаче являются высокие значения потерь при передаче, которые соответствуют профилю распространения плоской волны на графиках.

На основе анализа акустических карт вокруг геликоида, установленного в простой расширительной камере, геометрия может быть дополнительно усовершенствована для улучшения характеристик потерь при передаче и, следовательно, для более высокого подавления шума.

Приложение
Настройки для моделирования с помощью Ansys 18.2

(1)Настройки анализа Разнос частот: Линейный Диапазон (мин. и макс.): от 0 до 2000 Интервал решения: 50 Метод решения: Полный Управление выводом: Общее Разное(2)Acoustic Body Массовая плотность: 1,204 кгм −3  Скорость звука: 343,24 мс −1  Акустически-структурное связанное тело: несвязанное с симметричным алгоритмом Поведение: сжимаемое(3)Другие граничные условия: Акустическая нормальная скорость поверхности: -1 мс −1 на входе и 0 фаза угол Настройка прозрачного порта, указанная для входа и выхода Граница акустического излучения, определенная для входа и выхода.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы признательны за финансовую поддержку, предоставленную Проектом Африка-ай-Япония этому исследованию.

Ссылки

  1. J. F. Douglas, J. M. Gasiorek, and J. A. Swaffield, Journal of Fluid Mechanics , Longman, England, 2nd edition, 1993. декомпозиция потока в цилиндрическом канале с твердыми стенками» Архив Акустики , том. 39, нет. 2, стр. 289–296, 2014.

    Просмотр по адресу:

    Google Scholar

  2. З. Парлар, С. Ари, Р. Йилмаз, Э. Оздемир и А. Кахраман, «Акустический анализ и анализ поля потока». конструкции перфорированного глушителя», International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic, and Manufacturing Engineering , vol. 7, нет. 3, стр. 447–451, 2013.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

  3. Тан, Т. С. Хор, Н. Х. Зунаиди, «Разработка модели акустического моделирования для глушителя», Международный журнал GEOMATE , vol. 11, нет. 2, pp. 2385–2390, 2016.

    Просмотр по адресу:

    Google Scholar

  4. А. Ф. Смит, Н. К. Овенден и Р. И. Боулз, «Поток и геометрия, индуцированная рассеянием высокочастотных мод акустического канала», Wave Motion , том. 49, нет. 1, стр. 109–124, 2012 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

  5. Остерхейс Дж. П., Бюлер С., Ван Дер Меер Т. Х., Уилкокс Д. Численное исследование вихреобразования и отрыва потока колебательного потока в струйных насосах, Журнал Акустического общества Америки , том. 137, нет. 4, стр. 1722–1731, 2015.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

  6. Г. В. Стюарт, «Теория трубки Гершеля-Квинке», Physical Review A: Atomic, Molecular and Optical Physics , vol. 31, нет. 4, стр. 696–698, 1928.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

  7. А. Селамет, Н. С. Дики и Дж. М. Новак, «Трубка Гершеля-Квинке: теоретическое, вычислительное и экспериментальное исследование», стр. 9.0050 Журнал Акустического общества Америки , том. 96, нет. 5, стр. 3177–3185, 1994.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

  8. М. Карлссон и Р. Глав, «Резонатор обратного потока», в Proceedings of the SAE 2007 Noise and Vibration Conference and Exhibition , 2007.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

  9. А. Селамет и В. Исваран, «Модифицированная трубка Гершеля-Квинке: затухание и резонанс для n-канальной конфигурации», Журнал Акустического общества Америки , том. 102, нет. 1, стр. 164–169, 1997.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

  10. М. Л. Мунджал, Акустика воздуховодов и глушителей , John Wiley & Sons, Чичестер, 2-е издание, 2014 г.

  11. Д. О. как элемент контроля шума выхлопных газов», 2017.

    Просмотр по адресу:

    Google Scholar

  12. З. Тао и Ф. А. Сайберт, Обзор современных технологий измерения трансмиссии глушителя Los , SAE International, Траверс-Сити, Мичиган, США.

  13. K.

    Learn more