بررسی عددی جریان مماسی سیال عبوری از یک آستر ریزسوراخ‎دار

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، مهندسی هوافضا، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران.

2 استادیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران.

10.22044/jsfm.2025.15629.3932

چکیده

در این بررسی میدان جریان پس‌زمینه برای مطالعات آکوستیکی روی یک آستر ریزسوراخدار استخراج شده ‎است. برای این منظور، بخشی از یک آستر ریزسوراخ‌دار که در معرض جریان مماسی هوا قرار دارد، به عنوان هندسه مورد مطالعه انتخاب شده است. معادلات ناویراستوکس در حالت سه بعدی به صورت عددی حل شده‎است. برای این منظور شبکه‎ی محاسباتی مناسب با تعداد سلول محاسباتی لازم، ایجاد شده‎است. برای مدل‌سازی اغتشاشات جریان نیز از مدل اغتشاشی k-ε بهره گرفته شده است. برای کاستن از هزینه‎ی محاسبات در ورودی کانال، از شرط مرزی جریان کاملاً توسعه یافته استفاده شده‎است. به منظور صحه‌گذاری، نتایج بدست آمده با نتایج تجربی، مقایسه شده ‎است. اثر عدد ماخ جریان ورودی به کانال بر دو مکانیزم اثر گذار بر رفتار آکوستیکی آستر، یکی مقدار مؤلفه‎ی عمودی سرعت در دهانه‎ی سوراخ و دیگری مقدار گردابه‎ها در دهانه و پایین دست سوراخ بررسی شده ‎است. با افزایش عدد ماخ در ورودی مجرا، میزان چرخش مؤلفه‎ ی عمودی سرعت در طول سوراخ افزایش یافته که سبب تغییر در خواص آکوستیکی آستر از جمله امپدانس آن خواهد شد. میزان تولید گردابه‎ها در پایین دست سوراخ نیز با افزایش عدد ماخ، افزایش می‎یابد. نتایج نشان دهنده‎ی افزایش امپدانس آکوستیکی با افزایش عدد ماخ است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  U. Michel, W. Dobrzynski, W. Splettstoesser, J. Delfs, U. Isermann, and F. Obermeier, “Aircraft noise,” Spon Press, 2013.
[2]  K. Rydzynski and T. Jung, “Health Risks from Exposure to Noise from Personal Music Players,” Sci. Comm. Emerg. New. Identified Heal. Risks ( SCENIHR ), no. June, pp. 1–80, 2008.
[3]  R. Kirby and A. Cummings, “The impedance of perforated plates subjected to grazing gas flow and backed by porous media,” J. Sound Vib., vol. 217, no. 4, pp. 619–636, 1998.
[4]  C. Malmary, S. Carbonne, Y. Aurégan, and V. Pagneux, “Acoustic impedance measurement with grazing flow,” 7th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf. Exhib., no. May, pp. 1–9, 2001.
[5]  D. Zhao, Y. Sun, S. Ni, C. Ji, and D. Sun, “Experimental and theoretical studies of aeroacoustics damping performance of a bias-flow perforated orifice,” Appl. Acoust., vol. 145, pp. 328–338, 2019.
[6]  D. Guan, D. Zhao, J. Li, and J. Li, “Evaluations of acoustic damping performances of double-layer in-duct perforated plates at low Mach and Helmholtz number,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 146, no. 5, pp. 3512–3523, 2019.
[7]  Z. Chen, Z. Ji, and H. Huang, “Acoustic impedance of perforated plates in the presence of fully developed grazing flow,” J. Sound Vib., vol. 485, p. 115547, 2020.
[8]  I. Bahman-Jahromi and H. Dastourani, “Numerical and Analytical Study of Acoustic Liner Absorption Coefficient to Reduce Turbofan Engine Noise,” J. Technol. Aerosp. Eng., vol. 5, no. 2, pp. 11–18, 2021. (in Persian)
[9]  H. Dastourani and I. Bahman-Jahromi, “Evaluation of Aeroacoustic Performance of a Helmholtz Resonator System with Different Resonator Cavity Shapes in the Presence of a Grazing Flow,” J. Aerosp. Eng., vol. 34, no. 5, pp. 1–13, 2021.
[10] Y. Ou and Y. Zhao, “Prediction of the Absorption Characteristics of Non-Uniform Acoustic Absorbers with Grazing Flow,” Appl. Sci., vol. 13, no. 4, 2023.
[11] H. Wen, C. Wu, T. Wu, and J. Guo, “Acoustic impedance extraction method and acoustic characteristics analysis of perforated plates under grazing flow,” J. Low Freq. Noise Vib. Act. Control, vol. 43, no. 1, pp. 289–304, 2024.
 
[12] X. Zhang, “Acoustic behavior of micro-perforated panels in grazing flow,” The Hong Kong Polytechnic University, 2020.
[13] J. Zhao et al., “Neck-embedded acoustic meta-liner for the broadband sound-absorbing under the grazing flow with a wide speed range,” J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 56, no. 4, 2023.
[14] COMSOL Multiphysics, CFD Module User ’s Guide. COMSOL, 2016.
[15] Stephen B. Pope, Turbulent Flows. Cambridge University Press, 2000.
[16] Y. Li and Y. S. Choy, “Acoustic behaviour of micro-perforated panel backed by shallow cavity under fully developed grazing flow,” J. Sound Vib., vol. 569, no. August 2023, p. 117985, 2024.
[17] X. Zhang and L. Cheng, “Acoustic impedance of micro-perforated panels in a grazing flow,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 145, no. 4, pp. 2461–2469, 2019.
[18] X. Qiang, P. Wang, and Y. Liu, “Aeroacoustic simulation of transient vortex dynamics subjected to high-intensity acoustic waves,” Phys. Fluids, vol. 34, no. 9, 2022.
[19] J. Roche, F. Vuillot, L. Leylekian, G. Delattre, and F.-T. Cedex, “Numerical and Experimental Study of Resonant Liners Aeroacoustic Absorption Under Grazing Flow,” in 16th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, 2010, pp. 1–18.