Körperschallanregung von durchströmten Rohren und Krümmern hinter einem Querschnittssprung

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Abstract:

In a pipe, which is attached to a jet-nozzle, there occurs behind the jet-nozzle cut a very strong air-borne sound which is similar to a turbulent jet and which can also excite the wall of the cylindrical pipe. In addition about four nozzle diameters away from the output opening in the pipe wall three exist strong turbulent pressure oscillations (boundary-layer pressure changes) which likewise lead to a structure-borne stimulation. The flow distribution, the sound pressure level, the turbulent wall pressure variation and the strength of the sound pressure levels in the solid tube material are measured for different outflow speeds.

By these measurements and through additional investigations on specially-coated pipes it is shown that the structure-borne sound stimulation is caused, not through the air-borne sound, but through pressure variations in the boundary-layer. Moreover through the thin coating applied to the pipes at suitable locations, it is possible to reduce the structure-borne sound stimulation expecially at frequencies over 1 KHz.

In a wider range of measurement the influence of pipe bending, which had the form of a right-angle-turn, on the stimulation of structure-borne sound was investigated. Hence it appeared that the distance between outflow openings (i.e. cross-section cuts) should amount to at least 5 (preferably 10) times the nozzle cross-section. Furthermore it could be shown that in this case by means of a thin coating a considerable lessening of the structure-borne sound could be achieved.

Zusammenfassung

In einem Rohr, das an eine Ausströmdüse angeschlossen ist, entsteht, ähnlich wie beim turbu“ lenten Freistrahl, hinter dem Querschnittssprung (Ausströmdüse) ein sehr starkes Luftschall“ geräusch, das u.a. auch die Wandung des angeschlossenen zylindrischen Rohres anregen kann-Außerdem treten etwa vier Düsendurchmesser von der Ausströmöffnung entfernt an der Rohrwandung starke turbulente Druckschwankungen (Grenzschichtwechseldrücke) auf, die ebenfalls zu einer Körperschallanregung führen. Es wurden die Strömungsverteilung, die Schallpegel, die turbulenten Wanddruckschwankungen und die Körperschallpegel auf dem Rohr für verschiedene Ausströmgeschwindigkeiten gemessen. Durch diese Messungen und durch Zusatzversuche an speziell ausgekleideten Rohren wurde gezeigt, daß die Körperschallanregung der Rohrwandung nicht durch den Luftschall, sondern durch die turbulenten Druckschwankungen in der Grenzschicht verursacht wird. Außerdem konnte durch die verwendete dünne Auskleidung des Rohres an bestimmten Stellen eine Verminderung der Körperschallanregung besonders bei Frequenzen über 1 kHz erreicht werden.

In einer weiteren Meßreihe wurde der Einfluß eines Rohrkrümmers, der die Form eines 90-Grad-Knicks hatte, auf die Körperschallanregung untersucht. Dabei zeigte sich, daß der Abstand zwischen Ausströmöffnung (Querschnittssprung) und Knick mindestens 5 (besser 10) Düsendurchmesser betragen sollte. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß auch in diesem Fall durch eine dünne Auskleidung eine beträchtliche Verringerung der Körperschallanregung erreicht werden kann.

Sommaire

Dans un tuyau terminé par un ajutage il se manifeste, comme dans un jet libre turbulent» un bruit aérodynamique très fort et capable d'exciter les parois du tuyau en question. De plus il apparaît, au voisinage de la paroi et à distance d'environ quatre diamètres du tuyau (considère comme cylindrique) à partir de l'ajutage, des fluctuations turbulentes de la pression acoustique dans la couche limite, qui aboutissent également à l'excitation de vibrations dans les parois-On a mesuré, pour différentes valeurs de la vitesse de l'écoulement débité par un tuyau cylindrique, la distribution des vitesses locales, le niveau sonore, les fluctuations de la pression à la paroi dues à la turbulence et le niveau des vibrations des parois. Ces mesures, ainsi que d'autres expériences complémentaires, ont démontré que les vibrations des parois du tuyau ne sont pas engendrées par le bruit acoustique régnant à l'intérieur du tuyau mais par les fluctuations de la pression dans la couche limite du fait de la turbulence. Grâce à l'emploi de revêtements fins appliqués au tuyau à des emplacements déterminés, on a réussi à diminuer notablement ces vibrations de paroi, principalement aux fréquences supérieures à 1 kHz.

Dans une autre série de mesures, on a étudié l'influence que pouvait exercer sur l'excitation vibratoire des parois la présence d'un coude à 90°. On a observé que la distance entre l'ajutage (ou la discontinuité de section du tuyau) devait être d'au moins 5 (et si possible de 10) diamètres du tuyau. Dans ce cas également, un revêtement fin des parois du tuyau pouvait réduire notablement leur mise en vibration.

Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 1980

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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