Vórtices espirais em tubo em expansão (esquerda) e campo acústico gerado (direita). Crédito:Física dos Fluidos (2024). DOI:10.1063/5.0193029 Em uma colaboração de pesquisa entre o grupo do Professor Hiroshi Yokoyama do Departamento de Engenharia Mecânica e a KOBE STEEL, LTD., o fluxo e os campos acústicos em um tubo em expansão com placas de orifício foram estudados usando uma metodologia computacional desenvolvida pelo grupo do Prof. Os campos de fluxo, incluindo as diversas estruturas de vórtices e campos acústicos gerados, foram explicados pela primeira vez.
Tubos expansíveis com placas de orifício são frequentemente usados como silenciadores em máquinas de fluidos. No entanto, sons tonais intensos podem ser gerados a partir do fluxo através destes tubos em expansão. No entanto, o fluxo e o som em configurações tão complexas não são bem compreendidos.
Para compreender o mecanismo do som tonal de um fluxo através de um tubo circular de expansão com duas placas de orifício e as condições para radiação acústica intensa, o fluxo e os campos acústicos foram estudados diretamente com base em uma metodologia computacional em larga escala desenvolvida pelo grupo do Professor Yokoyama em a Universidade de Tecnologia de Toyohashi em colaboração com KOBE STEEL, LTD.
Os resultados computacionais mostram que a radiação sonora tonal ocorre devido à colisão dos vórtices com as placas de orifício ou com a borda a jusante do tubo em expansão. Descobriu-se que as estruturas de vórtice mudavam com a velocidade e o raio do orifício, onde apareciam vórtices espirais, anéis de vórtice e vórtices em forma de arco. Essa mudança levou a variações na frequência e no modo do som primário. Os resultados foram publicados em Física dos Fluidos .
Com base nos resultados deste estudo, estão planejados no futuro pesquisa e desenvolvimento para a realização de um sistema com baixo custo ambiental, incluindo maquinário fluido. Durante o desenvolvimento da metodologia computacional, experimentos em túnel de vento são realizados sob diversas condições, e os resultados são comparados com aqueles previstos para validar os métodos computacionais.
Embora a geração de vários vórtices, tais como vórtices espirais e o modo acústico correspondente, seja esclarecida, o mecanismo básico para a geração desses vórtices não é completamente compreendido e requer mais investigações no futuro.
