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Transmission and Dissipation of Sound Waves in Tube Bundles

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Analytical and numerical studies have been undertaken in this paper to examine the transmission and dissipation of sound waves in tube bundles. The tube bundles consist of parallel layers of tube rows submerged in a viscous fluid. The individual tube rows act like acoustic diffraction gratings; their scattering behaviour is described by grating theory which has been extended in two ways: (i) the motions of the individual tubes are taken into account, (ii) the dissipation at the tube/fluid interfaces is included. A layered medium consisting of several spaced tube rows has been considered and results for the transmission and reflection coefficient are presented. The calculations are based on an iteration scheme where multiple backward and forward scattering at each row is taken into account. Despite the fact that only a finite number of tube rows was considered, the formation of passing and stopping bands, which are expected to be found in the transmission spectrum of a periodic medium, can be recognized. Stopping bands occur around frequencies where integral multiples of half a wavelength in the surrounding fluid coincide with the spacing of the tube rows.

Zusammenfassung

Die Dämmung und Dissipation von Schallwellen in Rohrbündeln wurde analytisch und numerisch untersucht. Die Rohrbündel bestehen aus parallelen Reihen von zylindrischen Rohren, die von einer viskosen Flüssigkeit umgeben sind. Die einzelnen Zylinderreihen wirken wie akustische Beugungsgitter; ihr Verhalten wurde durch die Beugungstheorie beschrieben, die in zweierlei Hinsicht erweitert wurde: (i) die Bewegung der einzelnen Zylinder und (ii) die Dissipation an der Grenzschicht zwischen Rohr und Flüssigkeit wurden berücksichtigt. Ein geschichtetes Medium, bestehend aus mehreren äquidistanten Zylinderreihen, wurde betrachtet und die Ergebnisse für den Transmissions- und Reflexionskoeffizienten sind dargestellt. Die Berechnungen beruhen auf einem Iterationsschema, bei dem die mehrfachen Reflexionen an jeder Rohrreihe berücksichtigt werden. Obwohl nur eine endliche Anzahl von Zylinderreihen betrachtet wurde, läßt sich die Entstehung von Sperr- und Durchlaßbändern erkennen, die im Transmissionsspektrum eines periodischen Mediums erwartet werden. Sperrbänder treten im Bereich von Frequenzen auf, wo ein ganzes Vielfaches der halben Wellenlänge in der umgebenden Flüssigkeit mit dem Abstand der Zylinderreihen übereinstimmt.

Sommaire

Cet article examine les problèmes de transmission et de dissipation des ondes acoustiques dans des faisceaux de tubes, des points de vue analytique et numérique. Les faisceaux de tubes sont en fait des couches parallèles d'alignements de tubes, immergés dans un fluide visqueux. Chaque rangée de tubes agit comme un réseau diffringent dont le comportement est décrit par la théorie des réseaux mouvennant les perfectionnements suivants: les mouvements des tubes sont pris en compte, ainsi que la dissipation aux interfaces tube/fluide. L'étude a été effectuée pour un milieu stratifié constitué de plusieurs rangées de tubes équidistantes, et l'on fournit les résultats du calcul des coefficients de transmission et de réflexion. Ces calculs sont basés sur une procédure itérative qui tient compte des effets de transmission et de rétrodiffusion de chaque rangée. Malgré l'utilisation d'un nombre fini de rangées de tubes, on reconnaît bien les effets de filtrage passe-bande ou de réjection de bande caractéristiques des spectres de transmission d'un milieu périodique. Les réjections de bande se produisent au voisinage des fréquences pour lesquelles il y a coïncidence entre l'espacement des rangées de tubes et les multiples entiers de la demi-longueur d'onde.
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Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 1993

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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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