Порт ФИ, может ли он не шуметь? (ламинарность/турбулентность и откуда берутся эквивалентные схемы АС)

[ViktKors]

Я тут сравнительно недавно задался вопросом, может ли не шуметь порт ФИ.
Мне видится, что выполнение условий ламинарности потока должно обеспечить бесшумность порта.
Оценка показала, что порт должен состоять из множества тонких трубок или весьма узкой щели.
Но такой порт вызывает закономерные сомнения в его эффективности. Поэтому я постарался оценить эффекты понижения добротности порта ФИ.
К сожелению, чтобы подать информацию в максимально доходчивой форме, пришлось включить в объяснение и модель динамика в ФИ.
Пока вся информация во вложении.

По мере возможностей буду пояснять некоторые неочевидные моменты и озвучивать очевидные (и не очень) выводы

Исходный пост (взято из ветки Yauhen-а "Расчет песочных часов II"):

Вкратце вводная.

Ламинарное течение (нужное нам) - течение спокойное, в котором отсутствуют завихрения (оставим точные физические формулировки, они мне известны).
Турбулентное течение - течение в котором завихрения значительны и присутствуют всегда.

Кроме этого, есть еще так называемая переходная зона, в которой завихрения уже есть, но они могут спонтанно возникать и исчезать. В этих условиях важны свойства канала и всевозможные неоднородности, которые и стимулируют развитие турбулентости. Создается впечатление, что вся теория фазоинверторных шумов исходит из того, что этот режим и есть максимально достижимый.

Все эти типы течений характеризуются так назывемым числом Рейнольдса. Это число, по своей сути показывает отношение энергии потока (которая собственно и тратится на развитие турбулентности) к энергии потерь (определяется вязкостью среды). Турбулентность не возникает тогда, когда потери на трение в среде оказываются настолько большими, что турбулентность просто не успевает развится из своих очагов.

Теперь немного качественных критериев. Случай турбулентности вероятен (необходимы критерий) для числ рейнольдса более 2300 (течение в трубе). Как я понял из доступных источников, при числах более 10000 течение становиться турбулентным всегда. То есть для случаем 2300 < Re < 10000 как раз и имеет смысл полировать канал и делать порты спец формы.

Самое замечательное, при числах менее 2300 турбулентность не наступает никогда!!
Причем число рейнольдса 2300 означает, что кинетические силы в потоке более чем на три порядка больше вязкостных, и вязкость не должна оказывать существенного воздействия на остальные параметры течения.

Число Рейнольдса равно:
Re = v*d/ню (скорость в канале * характерный размер (диаметр)) / кинематическая вязкость воздуха, в нормальных условиях -ню = 1.7е-5 Pa s.

Таким образом, нам важно удержать v*d в пределах
v*d < 0.04 m^2/s

Как нетрудно заметить, для типичных скоростей порядка 10 м/сек диаметр получается
d < 0.004 m;

то есть диаметр трубки фазоинтертора должен быть менее 4 миллиметров.

Понятно, что при трубке в 4 миллиметра, скорость в ней будет никак не 10 м/сек; для обычных объемных смещений это будет скорее где-то ~2000 м/сек, что вообще не имеет физического смысла (гипотетическое число рейнольдса - 3е10). С увеличением диаметра скорость падает, но сколько-нибудь реальными значения становяться только при диаметре порта, сравнимом с диаметром динамика.
Как пример, порт 0.2 м, скорость порядка 0.6 м/сек, Re ~ 7000. С практической точки зрения, рассуждать о длине такого порта и в самом деле странно - она как правило запредельно большая.

У меня такое ощущение, что на этом месте всегда принималось решение о невозможности бестурбулентного порта. Действительно, если начать прикидывать зависимости от d скорости (обратно пропорционально квадрату) и числа рейнольдса (пропорционально), нетрудно прийти к выводу, что для заданного объемного смещения диаметр порта практически всегда будет неприемлемо большим.

Но ведь это совсем не обязательно должно быть именно так!!!
Понизить скорость (и сделать порт приемлемого диаметра) можно просто увеличив количество трубок!! Ну ведь так-же?

То есть, решение в лоб: сделать порт не одной трубой большого диаметра, а из нескольких малого. Их количество должно быть достаточным, чтоб скорость в них упала до приемлемого значения. Например для трубок 4 мм - до 10 м/сек.

Но ведь даже эдакое извращение тоже не совсем обязательно. Представим себе, что мы сдвигаем много таких трубок вплотную друг к другую.
На что это похоже? Мне это напоминает ... щелевой порт!!

Теперь короткая выжимка из вложения:
Замечание об эффективности фазоинверторного канала.
Сопротивлением воздуху в канале может быть соотнесено с добротностью трубы фазоинвертора (Qbp). Чем меньше диаметр трубы (d) – тем больше потери на трение и ниже добротность. Как и для случая потерь в подвесе динамика, сила трения в канале определяет его добротность на частоте fb.

Если стоит задача реализовать заданную добротность, то, чтобы обеспечить приемлемые скорости воздуха в канале, набирается несколько трубок нужного диаметра общим сеченим Sb. Альтернативный и более практичный вариант – щелевой порт (или несколько), с высотой t сравнимой с d, и шириной необходимой для обеспечения Sb.
Выражения для диаметра трубы/высоты щели при заданной добротности:



где d диаметр трубки, t высота шели, Qbp добротость порта, ню - динамическая вязкость, ро - плотность воздуха.
Видно, что добротность канала выбраной системы зависит только от диаметра канала и резонансной частоты.
Произведем оценку. Вероятно, добротность Qbp ~ 20 можно считать достаточно хорошей, особенно в сравнении с параметрами динамика и ящика. При частоте настройки фазоинвертора ~30 Hz такая добротность обеспечивается уже при диаметре трубок d ~ 7 mm или высоте щели t ~ 6 mm. Это означает, что практически любая привычная конструкция порта при ламинарном потоке приемлема с точки зрения потерь.

Важно также отметить, что
I. При переходе из ламинарного в турбулентный режим данные зависимости нарушаются. Способы обеспечения ламинарности – как-то выбор оптимальных режимов работы (сечение порта, скорость в нем, характерный размер канала) соответствующих докритическим числам Рейнольдса (Re < 2300) или построение портов особой формы, обладающих большей устойчивостью и сохраняющими ламинарность при больших Re – вопрос отдельный, оставим его пока за рамками обсуждения.

II. При переходе к турбулентному режиму, сопротивление порта резко возрастает, что вызывает падение его добротости. На практике это означает тот давно известный факт, что турбулентный фазоинвертор с характерным размером порядка сантиметра или менее просто бесполезен. Вывод: ламинарный порт не имеет права переходить в турбулентный режим, это чревато не только шумами (как в случае малоразмерного турбулентного порта), но и значитаельным падением его эффективности.
Можно произвести численные оценки для таких турбулентных портов. Известно, что для турбулентного движения при умеренно больших числах Рейнольдса (до 1e5), сопротивление канала характеризуется соотношением

лямбда = 0.3164/sqrt^4(Re)

В то время как в вышеприведенных расчетах для ламинарного потока
лямбда = 64/Re. Это позволяет нам оценить добротность порта (случай абсолютно гладких стенок):



Для обычного порта с диаметром d ~ 10 cm и типичной скоростью в порте v ~ 10 m/s, число Рейнольдса составляет Re ~ 6e4. Такой порт имеет добротность Q ~ 180 на частоте настройки ~ 30 Гц. Как нетрудно заметить, если попытаться сохранить такой характер течения в трубах диаметром d ~ 1 cm, добротность упадет до неприемлемой величны Q ~ 1.8, делающей такой фазоинвертор совершенно бесполезным. Понятно, что поскольку такая добротность возрастает с понижением скорости, в реальных условиях АС с турбулентным портом просто захлебывается если порт недостаточно большой.

Дополнение (результаты для обычного прямоугольного ФИ)
Исходные данные: дин 8**, порт 100см2 (4.5 х 22 см), настройка 31 Гц, мощность - до 60 Вт.
Уровни приведены относительно этой мощности.
Края закруглены только слегка, радиусом ~5 мм
Оцениваемая максимальная скорость - 6.4 м/с.
Соответствующее число Рейнольдса ~17000.

До уровней в -16 дБ (1 м/с), я не услышал (кроме собственно 31Гц) ничего. То есть совсем никакого шума, хотя и слышал мнение, что шумы есть всегда.
Потом идет что-то, что можно назвать "что-то кажется есть".
На -11 дБ (1.8 м/с) шум порта сравнялся с шумом компа и стал мешать.
На -4дБ (4 м/с) зашумело уже отчетливо, хотя и терпимо, орган с такой подзвучкой, например, еще можно слушать.

Теперь тоже самое в числах Рейнольдса:
Реальное первое появление шума 2700
Шум становится отчетливым 4800
Шум начинает мешать 10700.

Цифры, в разумных пределах, согласуются с вышеприведенными теоретическим представлениями.
Естественно, вероятность, что это просто случайное совпадение доволно высока.

Заключение
По мере дискуссии неоднократно отмечалось, что слабым местом любого порта являются его края. Хотя исходя из критерия Рейнольдса можно допустить, что на докритических режимах это место не является проблемным, для случая ламинарных надкритичных портов, стоит принимать основные меры предосторожности. Основная из них - амплитуда воздуха на выходе из порта должна быть меньше его характерного размера. В случае щели - это меньший ее размер. Для этого можно несколько расширить щель на краях порта. Вполне целесообразным может оказаться и применение обычных для турбулентных портов мер. О них можно почитать в статье, представленой (правда на английском) во вложении (спасибо D.D.N.).

[funny the rat]

Вопрос. Как Вы считаете, они шумят одинаково

прямоугольный незначительно более шумен больше неоднородностеь (из-за негладких сопряжений)

Это будут скорее шумы на срезе порта, чем "внутренние". Как в этой ситуации "вырезать наружные", так, чтобы услыхать шумы внутри порта, я не знаю.

Жень, так человек хочет рассматривать течение только внутри трубы. смысл такого рассмотрения от меня правда полностью ускользает

Настороженное отношение вызывает увлечённость и вера в то, что это решение наилучшее и попытка объять необъятное с помощью одного лишь Re. Но ведь это решение (узкая щель) не является универсальным, и годится для ограниченного колтчества случаев.

+1

Да, где-то оно будет наилучшим. Для полочников, возможно будет вне конкуренции.

узкие щели (те самые пресловутые 4мм) в моей практиике всегда являются свистками заниматся вопросами входа/выхода придется весьма серьезно, да и эффективность такого решения из-за значительного по объему (40%-50%) пограничного слоя, по сравнению с одинаковым по выходной площади портом с долей пограничного объема <10%, вызывает сомнения
К тому же и чисто конструктивно я не вижу никаких (с учетом выглаживания входа/выхода) достоинств у таких узких портов

---------- Добавлено в 11:35 ---------- Предыдущее сообщение в 11:32 ----------

нешумный басовитый полочник.

так на каких головах все таки вы его собираетесь строить - таки любопытно
И что такое по вашему басовитый

[ViktKors]

Вероято, дальнейшая дискуссия бесполезна, продолжать ее смысла нет - мы пошли на четвертый круг повторения аргументов.

Говорили о том, что проблема краевых шумов решаема, была статья практиков - речь снова о шумах сопряжений.

Говорили о том, что турбулентность и шум возможны только при числах рейнольдса больше критического, а именно в щели можно реализовать движение с низкими Re - речь опять о том "зачем эта щель"

Говоилось о том, что щель для постороения именно бесшумного порта, пусть и ценой отдачи - приводятся упреки в том, что это не универсальное решение и для СПЛ не годится.

Говорилось о том, что ламинарное движение это сплошной пограничный слой, но его сопротивление ниже чем у турбулентного - обвиняют, что там пограничный слой 50%.

Говорилось о том, что площадь делать нужно такую-же как и для круглого порта - упреки в том, что щели свистят (а были-ли они, плоские щели в несколько сотен см2?)

Говорилось, что главная выгода это отсутствие шума - замечаем, что конструктивно никаких выгод

И т.д. и т.п..
Желания пересказывать учебник, что дать понимание турбулентности у меня нет.
Желания убеждать в том, что это может работать - и подавно.
Мне не нужно согласие с моими мыслями, мне нужно, чтоб то что я делаю дома работало, для этого я хочу понимать как это работает. Делясь по мере сил своим опытом в остальных ветках, я полагал, что это общепринятая практика форума, но здесь протекает дискуссия, которая больше похожа на подначивание, поскольку ответы игнорируются, а утверждение "там все свистит" повторяется снова и снова, безотностительно к вопросам "а когда, собственно свистит, свиситит при низких, докритических Re (не скоростях, хотя пересчитать нетрудно)?" "- нет, свистит всегда, но при низких скоростях не слышно, а при высоких - свистит сильно, если края порта не закруглены"...

Была надежда найти на форуме людей которые делали щелевые (узкие) порты и могут поделится опытом: когда он начинает свистеть, какой формы он был и т.д., но несмотря на обилие отзывов о щелевых портах, таких людей не обнаружилось..

При всем уважению к форуму, у меня не настолько много времени, чтоб тратить его на переливание из пустого в порожнее.
Большое спасибо форумчанам за конструктивные вопросы.

На этом ветку можно закрывать.

[funny the rat]

Была надежда найти на форуме людей которые делали щелевые (узкие) порты и могут поделится опытом: когда он начинает свистеть, какой формы он был и т.д., но несмотря на обилие отзывов о щелевых портах, таких людей не обнаружилось..

Так все возражения приводились по практическим результатам, что вам собственно не нравится, что ваше теоретизирование вышло в свисток

Трепологией заниматся очень просто, попробуйте применить свои теории на практике сами если чужой опыт вам не нравится .

Поймите одну простую вешь что если вам не нравятся ответы которые вы получаете они от этого не становятся менее правильными

таких людей не обнаружилось..

Я много раз замечал о практических результатах. T.e. те кто тратил свое время отвечая в этой ветке видимо какие-то злобные инопланетяне
что-же спасибо хоть и на этом

P.S. Я кстати три раза спросил на каких головах вы собираетесь делать АС.
Но тайна сия велика есть

[Yauhen]

Виктор (если не ошибаюсь), обижаться не надо. Тема новая и не может не вызывать противоречивых мнений. Для меня она оказалась полезной, узнал что-то новое и от Вас, и из статей.
Интересно будет ознакомиться с результатами Вашей работы, хотя по-честному, не представляю, что узкая щель может не свистеть на рабочих уровнях. Интересно было бы обмерить две одинаковые системы с формально одинаковыми портами, но в разном исполнении (как вы и предлагали выше): уровень шумов, отдачу, да и на графики импеданса взглянуть бы. А если бы ещё и уровень гармоник замерить, было бы совсем хорошо.
Тему закрывать рановато, на мой взгляд.

[ViktKors]

Offтопик:
Yauhen, какие могут быть обиды, мы же не в песочнице .

Немного жаль времени, форум требует довольно много, а мою работу за меня никто не сделает. Потому и предлагаю приостановить ставшие уже бесплодными прения.

АС в процессе. Для сравнения, естественно, будет и опытная коробка с обычным портом, правда его я сделаю скорее всего просто квадратным с закругленными краями. Послушаем-померяем, но это уже тема совсем другой ветки..

[funny the rat]

что узкая щель может не свистеть на рабочих уровнях

Женя так в том то и фокус что делал я узкую щель, во время всяких-разных экспериментов, свистит она, а отфларить ее, именно короткие стороны, достаточно проблематично.

[Yauhen]

Андрей, а какой высоты была щель? Если порядка 4-5 мм, то "отфларить" поблематично. А если подшипник фрезы проходит, то вполне можно.
Ну да, не мне это рассказывать: твоя практика деревообработки гораздо богаче моей.
В статье приводятся данные по прямым скосам (рис.27): чем они более пологи, тем меньше потери, но всё равно скругление лучше.

[funny the rat]

Андрей, а какой высоты была щель? Если порядка 4-5 мм, то "отфларить" поблематично.

как раз те самые 4-5 мм
при 6-10 мм уже проблем нет, можно купить дешевую обводную фрезу со штырем он как раз около 5мм в диаметре, но еше проше увеличить еще немного чтобы подшипник влазил. и обрабатывать чем либо такого профиля
но проблемма с короткой стороной остаеся все равно, хотя мне легче я с авто СПЛ никак не связан ац домашних системах скорости в порте всё таки пониже

[D.D.N.]

Интересное видео:
http://www.youtube.com/watch?v=OV-IazRk0sU
Типа ламинарная поливалка, внутри охапка тонких трубочек...

[Aquarius]

Типа ламинарная поливалка, внутри охапка тонких трубочек...

Без формул и теории текет... Так может и ФИ в виде соты в поперечном сечении делать ? Только тоже вряд ли можно будет рассчитать - только методом тыка. К тому же, такая идея на форуме подымалась - и почему-то не была одобрена, но не могу найти где. А м. б. и не здесь обсуждалось...

[D.D.N.]

Угомонившись от изобретательства навороченных конструкций трубок, у меня возникла мысль, что гидродинамические характеристики простых фазоинверторов постоянного прямоугольного или круглого сечения можно значительно улучшить выбором правильных размеров, пропорций и количества трубок.

Итак, напомню, что нам надо добиться выполнения двух условий:
1. Число Рейнольдса должно быть не слишком большим, иначе получим большие и нелинейные потери на завихрения внутри трубы
2. Число Струхаля (Strouhal) должно быть больше 1, иначе «вихри враждебные» будут появляться на выходе из трубы.

Вычисляются они так:

Re= vD/(17*10^-6)
St= 2*3.14*FD/v

где v –скорость воздуха в трубе м/с; D – гидравлический диаметр в метрах. Если трубок несколько то берем диаметр одной трубки, если она/они не круглые, то диаметр круга вписанного в форму трубы, например, для прямоугольного фазика D = меньшей стороне прямоугольника. F – частота, Гц ; 17*10^-6 кинематическая вязкость воздуха; и 3,14 –сами знаете что .

Из формул видно, что для уменьшения Re гидравлический диаметр должен быть маленьким, а для повышения St наоборот большим. Чтобы выбрать оптимальный компромисс нужно определить диаметр трубы, при котором Re и St достигают предельно допустимых значений при одинаковой скорости потока.
Максимальная величина для St, как я уже говорил выше – один. Выбирать Re= 2300 для совсем ламинарного потока при максимальной мощности ИМХО явный перебор, да и вряд ли вообще выполнимо. Согласно исследованиям Салватти, Девантьера, и Батона фазик уходит в клипинг при Re = 50 000 – 100 000. Вот 50к и возьмем за максимум.

Подставив Re= 50 000 и St= 1, и немного поколдовав с математикой получим формулу для вычисления оптимального гидравлического диаметра фазоинвертора:

D= sqrt(0.85/(2*3.14*F))

где F, как и раньше частота, а sqrt, если кто не в курсе значит квадратный корень.
Так для частоты фазоинвертора 31,5Гц оптимальный D=66мм, для 40Гц -58мм, для 50Гц -52мм.

Теперь осталось определить количество круглых трубок или второй размер прямоугольной.
Максимальная скорость, при которой фазоинвертор перегружается считаем так:

v = (Re*17*10^-6)/D = (50 000*17*10^-6)/D = 0.85/D

Ну а какая площадь сечения ФИ нужна, чтобы скорость воздуха в трубе при максимальной мощности не превышала этой величины можно определить при помощи программ-симуляторов, BassBox 6 Pro например.

[ViktKors]

Из формул видно, что для уменьшения Re гидравлический диаметр должен быть маленьким,

Если тоннель одиночный, то уменьшение диаметра трубки вдвое увеличивает скорость в трубе вчетверо. А значит увеличивает Re вдвое.
Т.е. прямолинейная логика утверждает, что размер нужно увеличивать. А практика говорит, что это не метод, потому что такой тоннель не влезет в ящик.
Потому и остается утешаться тем, что

Выбирать Re= 2300 для совсем ламинарного потока при максимальной мощности ИМХО явный перебор, да и вряд ли вообще выполнимо. Согласно исследованиям Салватти, Девантьера, и Батона фазик уходит в клипинг при Re = 50 000 – 100 000. Вот 50к и возьмем за максимум.

Недопущение "клиппинга" - это как-бы по умолчанию, упоминания не стоит.

Задача - избежать шума. И тут числа Re в десятки тысяч - многовато.
А на помощь приходит то обстоятельство, что для щели Re формально не зависит от ее меньшего размера (при достаточно большом большем размере).
(практически неудобный вариант большого количества трубок, конечно-же никто не отменяет)


Естественно, 2300 на практике - это зачастую нереально. Но между чисто ламинарным и чисто турбулентным потоком есть еще переходная зона, где турбулентность вероятна, но ее возникновение зависит от условий вроде шероховатости. Да и в жизни полная мощность АС отбираемая именно на резонансе - статистически нечастое явление.
Переходная зона тянется до нескольких тысяч Re, а АС, порт которых не выходит за пределы переходной зоны, вполне реализуемы на практике.

Сейчас как раз домучиваю электронную часть для "хулиганской" АС с таким вот портом (макс Re ~ 6.000).

Максимальная скорость, при которой фазоинвертор перегружается считаем так:

А Вы все данные уже привели в формулах выше:

Re= vD/(17*10^-6)
St= 2*3.14*FD/v

Если вернуться к реальности - максимально терпимые скорости в портах - порядка ~10 метров в секунду.
По первой формуле для Re ~ 6.000 получаем щель сантиметрового размера. Второй ее размер (который определяет плозадь порта) получается из выбранной скорости воздуха для заданного объемного смещения (щель получается "0.5-1 см" х "несколько десятков см".)
Такая относительно узкая щель минимального сечения позволяет реализовать тоннель все еще разумной длины.

А на краях тоннеля, в согласии со вторым уравнением, условием бесшумности будет щель сантиметра в четыре. Если делать весь тоннель таким, то он получится в четыре раза длиннее чем сантиметровый при том-же Re, и вряд-ли вообще влезет в ящик.
Но это и не нужно, достаточно чтобы четырехсантиметровыми были только выходы тоннелей. - Это не очень сложно реализовать, а расширенные выходы не очень сказываются на длине тоннеля.

Получается немного специальный случай "песочных часов", который вполне поддается обсчету.
Естественно, аккуратность изготовления, ровные стенки, обтекаемые грани - обязательны.

[D.D.N.]

для Re ~ 6.000 получаем щель сантиметрового размера. Второй ее размер (который определяет плозадь порта) получается из выбранной скорости воздуха для заданного объемного смещения (щель получается "0.5-1 см" х "несколько десятков см".)
Такая относительно узкая щель минимального сечения позволяет реализовать тоннель все еще разумной длины.

А на краях тоннеля, в согласии со вторым уравнением, условием бесшумности будет щель сантиметра в четыре.

Только при разумной длине получаем слишком большой угол расширения. Результат на фото 38 "Ламинарный отрыв на искривленной стенке" по ссылке: http://www.imec.msu.ru/content/nio/VanDaik/vd_3.html
Немного теории:
http://gidravl.narod.ru/gidrosopr.html
http://liquidgasmech.ru/content/view/7/10/
http://mosgruz.net/gidrot8r6part3.html
Смотрим раздел "Постепенное расширение русла"
Вот цитата одной из этих ссылок:
"Постепенно расширяющаяся труба называется диффузором (рис.4.10). Течение скорости в диффузоре сопровождается ее уменьшением и увеличением давления, а следовательно, преобразованием кинетической энергии жидкости в энергию давления. В диффузоре, так же как и при внезапном расширении русла, происходит отрыв основного потока от стенки и вихреобразования. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффузора α."
Обычно для фазоинверторов переменного сечения рекомендуют углы раскрыва менее 10 градусов - это значит длина каждого такого раструба будет сантиметров 30!
Или я не понял идею и имеется ввиду изменение формы без изменений площади, типа узкая часть 10*400мм а входное и выходное отверстия 40*100мм? Для такой сложной формы тоннеля моих, весьма поверхностных, познаний в гидродинамике явно недостаточно, но резкие измменения формы вызывают сомнения.


Вообще смысл модных сейчас зафлареных концов трубы не в расширении потока, а в снижении потерь во входном отверстии, что на несколько дБ повышает отдачу на малой громкости. Выходному отверстию это только вредит, создавая лишнюю турбулентность на больших скоростях. К сожалению направление потока в ФИ меняется каждые пол-периода, оба конца трубы постоянно меняются ролями и оптимизировать каждый под одну задачу невозможно. Но можно подобрать такую форму при которой потери на всасывание сильно уменьшатся, а на выталкивание увеличаться мало. Именно этим и занимались Салватти и ко. Порты с NFR=0.25-0.5 на большой громкости не уступали трубе постоянного сечения, а на малой гудели на 3дБ больше. В этом и есть их достоинство, весьма спорное кстати.


Ну и еще об одной конструкции ФИ, которая раньше мне нравилась простотой реализации - запихнуть в тоннель охапку тонких трубок. Это тоже не сработает. См. рис. 152 "Порождение турбулентности решеткой" по ссылке http://www.imec.msu.ru/content/nio/VanDaik/vd_6.html
не прокатывает по критерию Струхаля - внутри трубы поток будет ламинарным, но через сантиметр после выхода "рассыпется" на много маленьких завихрений

[ViktKors]

Только при разумной длине получаем слишком большой угол расширения. Результат на фото
...

Все верно. Только это не ко мне . По ссылкам очень хорошие картики, а главное - подписи. Стоит просто внимательно на них посмотреть. Все картинки показывающие неустойчивости относятся не к ламинарному потоку, а к "переходной зоне". Она так называется именно потому, что турбулентность уже возможна, но еще не развивается сама по себе. Т.е. ее очаги возникают (в теории даже сами по себе, без неоднородностей типа ступенек), но довольно быстро затухают.

В рамках задачи минимизации шума это означает, что шум (едва заметный) появлется при Re >~ 2700, и вопрос в критериях. На мой слух, все что лежит ниже 4-5 тысяч - более чем приемлемо. На это кстати указано в первом посте.

Реализовывать ламинарное течение обычно экономически невыгодно. Поэтому большинство работ как раз и посвящены работе в "переходной зоне" и при относительно слабой турбулентности - важно знать границы допустимого.
Кстати, имхо, работ по чисто ламинарному движению так мало еще и потому, что там собственно ничего интересного нет - все довольно элементарно.

Чтоб найти такие "границы допустимого" для бесшумного порта, по моему мнению, достаточно провести простейший эксперимент. Я послушал, и для себя принял верхней границей что-то около 5.000.

Если бы моей задачей было сделать порт для профессиональной АС, где бесшумность не играет никакой роли, а все определяется эффективностью - ламинарное движение в принципе бы не рассматривалось.

Другие задачи - другие решения. При чисто ламинарном течении кинетическая энергия не довлеет, все решают потери энергии на трение, именно потому при чисто ламинарном движении эффекты типа

...преобразованием кинетической энергии жидкости в энергию давления. В диффузоре, так же как и при внезапном расширении русла, происходит отрыв основного потока от стенки и вихреобразования.

не играют существенной роли. Не происходит преобразования кинетической энергии - "возле стенок", где скорость потока нулевая, она там просто слишком мала в сравнении с силами диссипации (трение в канале). Если-же скорость выше чисто ламинарной, область "возле стенок" утончается, а в центре канала как раз появляется слой, в котором трение "не чувствуется" - кинетический поток, который конечно-же обладает способностью "отрываться".
Но все это, как уже говорилось, из другой оперы, не про "не шуметь"


Т.е. в остатке получается довольно простое правило:
больше скорость - выше Re, хуже устойчивость, турбулентность, чтоб избежать этого всего нужно уменьшать угол раскрыва.
Меньше скорость - турбулентность меньше, допустимый угол раскрыва может быть побольше.
Причем, заметьте, если скорость в моем примере из прошлого поста понизить вчетверо (до 2.5 м/с), то вообще никакого раскрыва делать не нужно. Т.е. угол равен хоть 90°, если так нравится считать.

Фактически понятно, что эмпирические оценки - штука довольно зыбкая. Построить точный расчет для ФИ - утопия. Но важно понимать, что есть некие реперные точки, на которые можно ориентироваться. И при всей абстрактности теории, есть определенные общие закономерности "на пальцах" которые и позволяют ориентироваться даже если у читателя нет желания разбираться в тонкостях типа движения в турбулентном режиме (это форум, мыслим мы тут все по-разному).

..запихнуть в тоннель охапку тонких трубок. Это тоже не сработает.

Конечно, потому как каждую из них нужно расширить на конце.
Кстати, я и не думал делать их охапкой - концы развести в стороны, как бутоны у букета, и так и внутри и снаружи АС.

---------- Добавлено в 12:34 ---------- Предыдущее сообщение в 12:16 ----------

Вообще смысл модных сейчас зафлареных концов трубы не в расширении потока, а в снижении потерь во входном отверстии, что на несколько дБ повышает отдачу на малой громкости. Выходному отверстию это только вредит, создавая лишнюю турбулентность на больших скоростях. К сожалению направление потока в ФИ меняется каждые пол-периода, оба конца трубы постоянно меняются ролями и оптимизировать каждый под одну задачу невозможно. Но можно подобрать такую форму при которой потери на всасывание сильно уменьшатся, а на выталкивание увеличаться мало. Именно этим и занимались Салватти и ко. Порты с NFR=0.25-0.5 на большой громкости не уступали трубе постоянного сечения, а на малой гудели на 3дБ больше. В этом и есть их достоинство, весьма спорное кстати

Смысл, конечно-же, не в расширении потока. Смысл - в уменьшении неоднородностей и только.
Меньше неоднородностей - меньше возбуждется турбулентность.
Выход воздуха из такого порта на большой скорости - это несколько особый случай, там слабая турбулентность (если уж она есть, а в проф. она есть почти всегда), - источник повышенного сопротивления, лучше уж пусть турбулентный поток отрывается раньше. Этому есть общеизвестный аналог в автомобилестроении - нынче нет машин каплеобразных сзади (принято считать, что капля - идеальная форма), предпочитают ставить острые спойлеры для более резкого отрыва потока.
Но это (еще раз) случай тяжелой турбулетности, не очень попадающей в тему ветки.

[D.D.N.]

Нашел в интернете интересную книжку по теме: Чжен П. Отрывные течения. 3 тома.
можно скачать здесь: http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/mechanics/fluid.htm


И еще ключевое слово, на которое можно много нагуглить: "насадок Борда" (Borda mouthpiece), ну типа этого, например: http://metadichka.ru/text/hydro1_6/page/2

[D.D.N.]

Полистав книгу Chang’а, могу сказать: быстро растопырить поток под большим углом возможно.

Первый способ столь очевидный, что удивляюсь, как никто из нас электроакустиков до этого не додумался – поставить в начале расширения несколько направляющих лопаток (перегородок) под углом примерно 7 градусов друг к другу и к стенкам раструба. Подробнее см. 1 том, стр182-185.

Другой способ избежать отрыва потока – вставить в раструб сетки. К сожалению, автор лишь очень поверхностно рассмотрел этот способ. (3-й том, стр 211-212)

Хай-тек способ – отсос пограничного слоя. ИМХО реализуем в фазоинверторах. Т.к. направление потока в тоннеле почти противофазно изменениям давления в ящике, то если просверлим маленькие дырочки в стенках раструба, пограничный слой и будет туда засасываться. Вот, только, с наскока не поймешь, сколько дырок и какого диаметра надо.


ЗЫ: А ламинарность потока в трубе не только не помогает потоку расширяться, но даже и немного мешает этому.

[EUGENE]

Привет
Вопрос не совсем в тему. Но может для вас это очевидное и само собой разумеющееся.

Какой минимальной длины должна быть труба (центральная часть) в ФИ песочные часы???

Умозрительно:
если максимальный угол приращения радиуса рекомендуется 4 градуса
и центральной части (трубы) не будет, то получается на месте перегиба 8 градусов.

Может вы подскажете длину в диаметрах, хотя бы примерно. (0.5, 1, 2, 3...???)

С уважением
ES

[D.D.N.]

может для вас это очевидное и само собой разумеющееся.

Какой минимальной длины должна быть труба (центральная часть) в ФИ песочные часы???

Ох, если бы тут хоть что-то было очевидным...
Для меня и смысл самих песочных часов не очевиден. Закругленные под форму втекающего потока концы трубы - ясно, помогают избежать отрыва потока после входного отверстия, снижают потери итп (см. рис 6,8 д по ссылке http://metadichka.ru/text/hydro1_6/page/2 -явно лучше остальных), а вот какая ФИ польза от конфузоров-диффузоров -х/з. Из-за отсутствия четких целей, оптимальная форма для "песочных часов", это что-то из разряда "ищи то, незнаю что". Тут можно посоветовать только прблизительно воспроизвести простыми конусами и цилиндрами пропорции от NFR 0.25-0.5 из статьи Салватти - по крайней мере есть экспериментальные данные, что это работало не хуже простой трубы.

[EUGENE]

Привет
Большое спасибо, что откликнулись

Ох, если бы тут хоть что-то было очевидным...
Для меня и смысл самих песочных часов не очевиден. Закругленные под форму втекающего потока концы трубы - ясно, помогают избежать отрыва потока после входного отверстия, снижают потери итп (см. рис 6,8 д по ссылке http://metadichka.ru/text/hydro1_6/page/2 -явно лучше остальных), а вот какая ФИ польза от конфузоров-диффузоров -х/з. Из-за отсутствия четких целей, оптимальная форма для "песочных часов", это что-то из разряда "ищи то, незнаю что". Тут можно посоветовать только прблизительно воспроизвести простыми конусами и цилиндрами пропорции от NFR 0.25-0.5 из статьи Салватти - по крайней мере есть экспериментальные данные, что это работало не хуже простой трубы.

Наука сия для меня пока: тайна за семью печатями (я по образованию радиоинженер). Посмотрел картинки. Понравилось. Цифры, правда, не понял, но градусы там предлагались другие.

Коэффициенты истечения для этих насадков зависят от угла конусности. Оптимальным является угол конусности, равный 13?24*:
eн = 0,982; ?н = 0,97; ?н= 0,95.

Это дает увеличение расхода до 45?50 % . Значения коэффициентов при угле конусности 5??7?, отнесенные к выходному сечению насадка:
eн = 1; ?н=?н = 0,5.

Постараюсь изложить свои, ОЧЕНЬ ДАЖЕ МОЖЕТ БЫТЬ, ОШИБОЧНЫЕ взгляды.
Для комфортных условий динамику с лёгким диффузором (малой инерцией) нужет ФИ.
Да не простой, а с большим отверстием (что бы снизить нагрузку).
Настраивать его нужно на частоту ниже рабочего диапазона.
(Сравнивал как звучит без оформления и в коробке)
Колонка должна занимать минимум (насколько возможно) места в конате.
При таких задачах конструкция ФИ или конус или песочные часы.

Может быть здесь ОШИБКА?:
Гибкость определяется минимальным диаметром ФИ (по всей длине) и объёмом корпуса
Масса - объёмом воздуха в ФИ (+присоединённый)
Сопротивление - ВХОДНЫМ (???) отверстием с внутренней стороны корпуса стороны.
(объём корпуса определяется свободным местом для установки колонок)

Вот и получается, что для моих наглых целей (и расчётов ФИ), сначала выбирается диаметр с внутренней стороны (чем больше тем лучше), а затем, всё остальное.

А для получения максимальной массы при ограниченной длине нужна прямая труба покороче. Да и "органные резонансы" может не вылезут.

Я для прикидок брал длину прямой трубы в 2 её диаметра. Получалось, что иногда выгоднее конус, иногда песочные часы. (ниже частота настройки). Задавал диаметр вх. отверстия, объём корпуса и длину ФИ.

Песочные часы ещё не делал и практических результатов нет.

С уважением и благодарностью
ES

[EUGENE]

Привет
Уважаемый D.D.N.
По Вашей подсказке наткнулся на книгу
Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. [Djv-ZIP] Авторы: Я.М.Вильнер, Я.Т.Ковалев, Б.Б.Некрасов. Под редакцией Б.Б.Некрасова.
(Минск: Вышэйшая школа, 1976) на сайте publ.lib.ru
5-я глава во вложении
Там на стр.111 (книжная нумерация) после нижней формулы первые 2 строчки.
Может это оно?

С уважением
ES

P.S. Пока я в ужасе от своей дремучести в этом вопросе!!!
Для меня уже даже не очевидно как считать массу воздуха в ФИ. Не скажутся ли коэффициенты? (истечения, сжати, потерь). О гибкости и говорить страшно.
Понятно только что песочные часы нужны для симметричных свойст "вдува" и "выдува".