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Modellbildung für die Schallverstärkung in nachgiebig ausgekleideten Strömungskanälen

Models for an amplification phenomenon in acoustic liners

by Jakob Großer
Doctoral thesis
Date of Examination:2003-11-04
Date of issue:2004-01-05
Advisor:Prof. Dr. Dirk Ronneberger
Referee:Prof. Dr. Dirk Ronneberger
Referee:Prof. Dr. Andreas Tilgner
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2670

 

 

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Name:grosser.pdf
Size:1.54Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract

English

Short acoustically lined sections of flow ducts can amplify sound that travels downstream at frequencies slightly above the resonance frequency of the lining.I discuss models of this effect which are based on the assumption that an unstable hydrodynamical mode is the reason for this amplification.Though such a mode exists in all the various models of fluid flow bounded by yielding walls with resonance-like admittance, the experimental data cannot be reproduced directly: The spatial amplification of these modes and the sound amplification of the lined duct-section exhibit very different dependencies on the frequency and the flow velocity. Only a complete calculation of the acoustic scattering coefficients yields at least a qualitative agreement. Furthermore, this calculation reveals that the scattering coefficients may depend on the geometry of the duct's cross section much more sensitively than expected from the dispersion relations of the modes.
Keywords: sound amplification; sound-flow interaction; unstable mode; instability; acoustic lining

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Strömungsakanäle mit resonanzartig ausgekleideten Teilstücken können Schall verstärken. Dies geschieht in einem Frequenzband oberhalb der Resonanzfrequenz der Auskleidung und bei Beschallung in Grundströmungsrichtung.Ich modelliere diese Erscheinung ausgehend von der Hypothese, daß für die Verstärkung eine angefachte hydrodynamische Mode verantwortlich ist.Obwohl sich herausstellt, daß stets eine konvektive, stromab laufende Instabilität existiert, sobald eine resonanzartig nachgiebige Wand überströmt wird, lassen sich die experimentell gewonnenen Daten nicht mit einem einfachen Modell reproduzieren: Die räumliche Anfachung der instabilen Mode hat eine andere Abhängigkeit von der Frequenz und der Strömungsgeschwindigkeit als die daraus resultierende Schallverstärkung eines endlich langen, ausgekleideten Kanalstücks. Erst eine vollständige Berechnung der akustischen Streufaktoren führt wenigstens zu einer qualitativen Übereinstimmung. Diese Rechnung deckt darüber hinaus eine unerwartet empfindliche Abhängigkeit der Streufaktoren von der Geometrie des Rohrquerschnittes auf, die den Dispersionsbeziehungen der Moden selbst nicht anzusehen ist.
Schlagwörter: Schallverstärkung; hydrodynamische Mode; Instabilität; lokal nachgiebige Wand; 530 Physik
 

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