Открытый доступ
Только для подписчиков
Модуль комплексного акустического импеданса воздуха в цилиндрическом замкнутом объёме: расчёт с помощью численного моделирования
https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-11-65-71
Аннотация
Рассмотрено влияние эффекта теплообмена между внешней средой и воздухом внутри цилиндрического замкнутого объёма с теплопроводными стенками на акустический импеданс воздуха, а также влияние на акустический импеданс волн, отражённых от теплопроводных или теплоизолированных стенок таких объёмов. Для расчёта модуля комплексного акустического импеданса воздуха в замкнутом объёме с теплопроводными стенками использован численный алгоритм, основанный на регуляризованных уравнениях Навье-Стокса с квазигазодинамическим замыканием, в которых учтены вязкость, теплопроводность и сжимаемость воздуха. Установлено хорошее совпадение значений модуля комплексного акустического импеданса воздуха в замкнутом объёме с теплопроводными стенками, рассчитанных численно и аналитически. Формула для аналитического расчёта модуля акустического импеданса воздуха в замкнутом объёме с теплопроводными стенками подтверждена экспериментально для инфразвуковых и низких частот звуковых колебаний. Результаты исследования актуальны как для первичной калибровки измерительных микрофонов на инфразвуковых и низких частотах методом взаимности по давлению и методом пистонфона, так и для изучения акустических процессов в жидких и газообразных средах с применением численного моделирования.
Об авторе
Д. В. Головин
Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений
Россия
Россия
Дмитрий Витальевич Головин
г. п. Менделеево, Московская обл.
Список литературы
1. Ballantine S., Journal of the Acoustical Society of America, 1931, vol. 3, no. 8. https://doi.org/10.1121/1.1901925
2. Daniels F. B., Journal of the Acoustical Society of America, 1947, vol. 19, no. 4, pp. 569–571. https://doi.org/10.1121/1.1916522
3. Русаков И. Г. Термодинамическая поправка в методе насоса // Труды комиссии по акустике. 1955. Т. 8. С. 76–81. [Rusakov I. G., Termodinamicheskaia popravka v metode nasosa, Trudy komissii po akustike, 1955, vol. 8, pp. 76–81. (In Russ.)]
4. Burkhard M. D., Biagi F., Cook R. K., Corliss E. L. R., Koidan W., Journal of the Acoustical Society of America, 1954, vol. 26, no. 5, p. 935. https://doi.org/10.1121/1.1927953
5. Gerber H., Journal of the Acoustical Society of America, 1964, vol. 36, no. 8, pp. 1427–1434. https://doi.org/10.1121/1.1919219
6. Frederiksen E., Reduction of Heat Conduction Error in Microphone Pressure Reciprocity Calibration, Bruel and Kjaer Technical Review, 2001, no. 1, pp. 14–23.
7. Vincent P., Rodrigues D., Larsonnier F. et al., Metrologia, 2019, vol. 56, no. 1, 015003. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aaee28
8. Волков К. Н., Дерюгин Ю. Н., Емельянов В. Н. и др. Методы ускорения газодинамических расчётов на неструктурированных сетках. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. 536 с. [Volkov K. N., Deriugin Iu. N., Emelianov V. N., et. al., Metody uskoreniia gazodinamicheskikh raschetov na nestryktyrirovannykh setkakh [Methods of acceleration of gas dynamic calculations on unstructured grids], Moscow, Fizmatlit Publ., 2014, 536 p. (In Russ.)]
9. Абалакин И. В., Бобков В. Г., Козубская Т. К. Разработка метода расчёта течений с малыми числами Маха на неструктурированных сетках в программном комплексе NOISEtte // Математическое моделирование. 2017. Т. 29. № 4. C. 101–112. [Abalakin I. V., Bobkov V. G., Kozubskaya T. K., Mathematical Models and Computer Simulations, 2017, no. 9, pp. 688– 696. https://doi.org/10.1134/S2070048217060023 ]
10. Turkel E., Annual Review of Fluid Mechanics, 1999, vol. 31, pp. 385–416. https://doi.org/10.1146/annurev.fl uid.31.1.385
11. Chorin A. J., J. of Computational Physics, 1967, vol. 2, no. 1, pp. 12–26. https://doi.org/ 10.1016/0021-9991(67)90037-X
12. Rogers S. E., Kwak D., Kiris C., AIAA Journal, 1991, vol. 29, no. 4, pp. 603–610. https://doi.org/10.2514/3.10627
13. Rogers S. E., Kwak D., Applied Numerical Mathematics, 1991, vol. 8, no. 1, pp. 43–64. https://doi.org/10.1016/ 0168-9274(91)90097-J
14. Roe P. L., J. of Computational Physics, 1981, vol. 43, no. 2, pp. 357–372. https://doi.org/10.1016/0021-9991(81)90128-5
15. Rieper F., J. of Computational Physics, 2011, vol. 230, no. 13, pp. 5263–5287. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2011.03.025
16. Li X-S., Gu C-W., J. of Computational Physics, 2008, vol. 227, no. 10, pp. 5144–5159. https://doi.org/doi.org/10.1016/j.jcp.2008.01.037
17. Liou M.-S., Steffen C. J., J. of Computational Physics, 1993, vol. 107, no. 1, pp. 23–39. https://doi.org/10.1006/jcph.1993.1122
18. Liou M.-S., J. of Comp. Phys. 1996, vol. 129, no. 2, pp. 364– 382. https://doi.org/10.1006/jcph.1996.0256
19. Liou M.-S., J. of Computational Physics, 2006, vol. 214, no. 1, pp. 137–170. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2005.09.020
20. Балашов В. А., Савенков Е. Б. Численное исследование квазигидродинамической системы уравнений для расчёта течений при малых числах Маха // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2015. Т. 55. № 10. C. 1773–1782. https://doi.org/10.7868/S0044466915100063 [Balashov V. A., Savenkov E. B., Comput. Math. and Math. Phys., 2015, vol. 55, pp. 1743–1751. https://doi.org/10.1134/S0965542515100061 ]
21. Головин Д. В. Моделирование инфразвукового пистонфона // Труды Института системного программирования РАН. 2020. Т. 32. № 5. C. 181–198. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(5)-14 [Golovin D. V., Simulation of infrasound pistonphone, Proceedings of ISP RAS, 2020, vol. 32, iss. 5, рр. 181–198. (In Russ.)]
22. Головин Д. В. Численное моделирование звукового давления для системы калибровки измерительных микрофонов типа LS // Математическое моделирование. 2021. Т. 33. № 10. C. 96–108. https://doi.org/10.20948/mm-2021-10-07 [Golovin D. V., Math. Models Comput. Simul., 2022, no. 14, pp. 419– 426. https://doi.org/10.1134/S2070048222030061 ]
23. Елизарова Т. Г. Квазигазодинамические уравнения и методы расчёта вязких течений. М.: Научный Мир, 2007 [Elizarova T. G., Quasi-Gas Dynamic Equations, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2009, 286 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-00292-2 ]
24. Шеретов Ю. В. Динамика сплошных сред при пространственно-временном осреднении. М., Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2009. 400 c. [Sheretov Iu.V., Dinamica sploshnyh sred pri prostranstvenno-vremennom osrednenii [Dynamics of continuous environments with space-time averaging], Moscow, Izhevsk, NITS “Reguliarnaia i haoticheskaia dinamica” Publ., 2009, 400 p. (In Russ.)]
Рецензия
Для цитирования:
Головин Д.В. Модуль комплексного акустического импеданса воздуха в цилиндрическом замкнутом объёме: расчёт с помощью численного моделирования. Измерительная техника. 2022;(11):65-71. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-11-65-71
For citation:
Golovin D.V. Modulus of complex acoustic impedance of air in a cylindrical closed volume: calculation using numerical simulation. Izmeritel`naya Tekhnika. 2022;(11):65-71. (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-11-65-71
Просмотров: 16
Послать статью по эл. почте 