Глушители выхлопа, отличающиеся по принципу действия: .с использованием резонанса – F01N 1/02

Этот классический опыт демонстрирует образование узлов и пучностей на вибрирующих пластинах разной формы.

Обычно в эксперименте используются квадратная, круглая и треугольная пластины на подставках (рис. 7.14). На пластины насыпают ровным слоем мелкий песок (можно манную крупу) и проводят по краю пластин сверху вниз смычком. При колебаниях пластины песок сбрасывается с тех мест, где колебания пластин наиболее интенсивные, и собирается там, где возникают узлы колебаний.

Рис. 7.14. Пластины для демонстрации фигур Хладни

Картина распределения узлов и пучностей на пластинах зависит от их формы и места возбуждения смычком. Если пластину придержать пальцем, то характер распределения узлов и пучностей изменится: в месте касания обязательно установится узел колебаний.

Среди самых красивых и загадочных демонстрационных объектов кабинета физики, сохранившихся с начала 1900-х гг., одно из первых мест занимает комплект резонаторов Гельмгольца (рис. 7.15). Кому-то

Рис. 7.15. Резонаторы Гельмгольца

они напоминают русских матрешек, кому-то фарфоровых слоников, украшавших комоды в середине XX в. На самом деле эти латунные сферы уменьшающегося диаметра представляют собой акустические резонаторы, впервые изученные «отцом» акустики — немецким физиком и математиком Г. Гельмгольцем (1821-1894).

Итак, резонаторы Гельмгольца представляют собой латунные сферические сосуды с открытой горловиной. Воздух в горловине является колеблющейся массой, а объем воздуха в сосуде играет роль упругого элемента. По аналогии с электрическим колебательным контуром воздух в горловине — это катушка (здесь запасена кинетическая энергия колебаний воздуха), а воздух в сосуде — конденсатор (где запасена потенциальная энергия резонатора). Такое разделение является условным и справедливо, если отношение площади горловины к площади сечения сферы достаточно велико.

Собственная частота резонатора Гельмгольца связана с его размерами следующим соотношением (рис. 7.16):

v — скорость звука (-340 м/с); S—

сечение горловины, м 2 ; / — длина горловины, м;
V
— объем резонатора, м 3 .

Для сосуда объемом 1 л (диаметр резонатора — 12 см) с горловиной / = 1 см и сечением S=

1 см 2 частота Т- 170 Гц. Длина волны для этой частоты
X
=
v /F =
2 м, что значительно больше, чем диаметр резонатора. Поэтому ни о каких акустических волнах, стоячих или бегущих, здесь говорить не приходится.

Рис. 7.16. К расчету резонансной частоты резонатора Гельмгольца

Иная ситуация имеет место в органных трубах, демонстрационные модели которых также имеются в демонстрационном кабинете (рис. 7.17). В этом случае в объеме органной трубы возбуждаются стоячие волны, такие, что на длине трубы укладывается целое число полуволн (если оба конца трубы закрыты) или целое число с четвертью полуволн (если один конец открыт). Связь частоты основного тона с длиной волны дается формулой

где С —длина органной трубы; v—скорость звука.

Например, если L

= 0,5 м, v = 340 м/с, то
F=
340 Гц. Правда, есть еще обертоны на более высоких частотах.

Существует множество способов демонстрации резонаторов Гельмгольца и органных труб. Можно взять несколько резонаторов и расположить их на одной линии на демонстрационном столе так, чтобы

малые слегка вытянутые отверстия резонаторов были расположены на одной высоте. Перед этими отверстиями ставят одинаковые бумажные вертушки. Со стороны больших отверстий резонаторов находится репродуктор, соединенный со звуковым генератором. Возбуждая репродуктор переменным током различной частоты и создавая тем самым сильные звуковые поля, можно добиться резонанса у одного из резонаторов, который убедительно проявляется в том, что вращается только соответствующая вертушка. Меняя частоту генератора, можно заставить вращаться поочередно все вертушки.

Применение

Резонанс Гельмгольца применяется в двигателях внутреннего сгорания и в акустических системах. Системы впрыска топлива называемые системами Гельмгольца

использовались в двигателях Chrysler V10, которыми комплектовались автомобили Dodge Viper и пикапы Ram, а также в мотоциклах Buell. В струнных инструментах с полой декой, таких, как гитара или скрипка, один из пиков кривой резонанса — это резонанс Гельмгольца (остальные — это резонансные частоты деревянных частей инструмента). Окарина — резонатор с изменяемым сечением горлышка. Западноафриканский барабан джембе имеет относительно узкое горлышко, что придаёт ему глубокий басовый тон.

Теория резонанса Гельмгольца используется при проектировании выхлопных труб автомобилей и мотоциклов, с целью сделать звук двигателя более тихим или более красивым.

Ссылки

• Hermann von Helmholtz.
  On the sensations of tone as a physiological basis for the theory of music / Alexander John Ellis. — Longmans, Green, 1885. — 576 с.
• [nature.web.ru/db/msg.html?mid=1175042&uri=page30.html Колебания и волны. Лекции.] В. А. Алешкевич, Л. Г. Деденко, В. А. Караваев (Физический факультет МГУ) Издательство Физического факультета МГУ, 2001 г.
• Резонатор акустический
  — статья из Большой советской энциклопедии.

Качественное объяснение

Когда воздух нагнетается в полость, давление в полости возрастает. Когда внешняя сила, нагнетающая воздух в полость, исчезает, повышенное давление заставляет воздух вытекать обратно. Через некоторое время давление внутри и снаружи сравняется, но воздух все равно продолжит выходить вовне, поскольку струя воздуха в горлышке обладает массой и ненулевой скоростью, а значит, и кинетической энергией. Через некоторое время воздух перестанет выходить из полости, и при этом давление внутри полости будет меньше давления снаружи. Воздух снова устремится в полость. Этот цикл будет повторяться множество раз, с затухающей амплитудой. Частота цикла (собственная, или резонансная частота) зависит от формы полости. Если внешняя сила будет возникать и исчезать с частотой, равной собственной частоте полости, возникнет резонанс — колебания воздуха не будут затухать.

Отрывок, характеризующий Резонатор Гельмгольца

– О, и очень! Мой брат знает его: он не раз обедал у него, у теперешнего императора, в Париже и говорил мне, что он не видал более утонченного и хитрого дипломата: знаете, соединение французской ловкости и итальянского актерства? Вы знаете его анекдоты с графом Марковым? Только один граф Марков умел с ним обращаться. Вы знаете историю платка? Это прелесть! И словоохотливый Долгоруков, обращаясь то к Борису, то к князю Андрею, рассказал, как Бонапарт, желая испытать Маркова, нашего посланника, нарочно уронил перед ним платок и остановился, глядя на него, ожидая, вероятно, услуги от Маркова и как, Марков тотчас же уронил рядом свой платок и поднял свой, не поднимая платка Бонапарта. – Charmant, [Очаровательно,] – сказал Болконский, – но вот что, князь, я пришел к вам просителем за этого молодого человека. Видите ли что?… Но князь Андрей не успел докончить, как в комнату вошел адъютант, который звал князя Долгорукова к императору. – Ах, какая досада! – сказал Долгоруков, поспешно вставая и пожимая руки князя Андрея и Бориса. – Вы знаете, я очень рад сделать всё, что от меня зависит, и для вас и для этого милого молодого человека. – Он еще раз пожал руку Бориса с выражением добродушного, искреннего и оживленного легкомыслия. – Но вы видите… до другого раза! Бориса волновала мысль о той близости к высшей власти, в которой он в эту минуту чувствовал себя. Он сознавал себя здесь в соприкосновении с теми пружинами, которые руководили всеми теми громадными движениями масс, которых он в своем полку чувствовал себя маленькою, покорною и ничтожной» частью. Они вышли в коридор вслед за князем Долгоруковым и встретили выходившего (из той двери комнаты государя, в которую вошел Долгоруков) невысокого человека в штатском платье, с умным лицом и резкой чертой выставленной вперед челюсти, которая, не портя его, придавала ему особенную живость и изворотливость выражения. Этот невысокий человек кивнул, как своему, Долгорукому и пристально холодным взглядом стал вглядываться в князя Андрея, идя прямо на него и видимо, ожидая, чтобы князь Андрей поклонился ему или дал дорогу. Князь Андрей не сделал ни того, ни другого; в лице его выразилась злоба, и молодой человек, отвернувшись, прошел стороной коридора.

Количественное объяснение

Модель резонатора Гельмгольца

Может быть показано [2] что собственная угловая скорость колебаний равна:

(рад/с),

где — показатель адиабаты, значение которого обычно равно 1,4 для воздуха и двуатомных газов; — площадь сечения горлышка; — масса воздуха в горлышке; <0>> — статическое давление в полости; <0>> — статический объём полости.

Для цилиндрических горлышек:

,

где: L> — длина горлышка, — объём воздуха в горлышке, поэтому:

,

,

,

где — резонансная частота в (Гц).

,

поэтому можно выразить резонансную частоту через неё:

Длина горлышка появляется в знаменателе потому, что инерция воздуха в горлышке пропорциональна массе воздуха в горлышке, а значит, и длине. Объём появляется в знаменателе потому, что коэффициент сжимаемости воздуха в полости обратно пропорционален объёму. Площадь сечения горлышка влияет двояко — чем больше площадь, тем больше масса воздуха в горлышке, и тем меньше скорость, с которой воздух устремляется внутрь и вовне.

Резонатор Гельмгольца. Наблюдения, размышления — Сообщество «Выхлопные Системы и Впуск» на DRIVE2

Уже наверно все знают что такое резонатор Гельмгольца, зачем он нужен и как работает. Для тех кто не знает, в двух словах : это дополнитнльная емкость врезаная в выхлопную систему сбоку, которая гасит определенные звуковые частоты и не влеяет на пропускную способность выхлопа.

После установки нескольких десятков таких резонаторов, можно утверждать, что физики не врут и эта штука действительно работает!

Наверно я намного разочерую тех обладателей прямоточных вхлопных систем, которые надеются устранить весь дискомфорт, причиняемый прямоточным выхлопом. Резонатор Гельмгольца работает, но не устраняет гул на 100%, он делает его менее выраженым и мягким. Голова перестает взрываться от многочасовой езды, но все же прямоток остается прямотоком со всеми вытекающими. ( Если ты, дорогой друг, считаешь езду с прямотоком комфортной и не напряжной, то ты молодец, у тебя стальные уши, другое восприятие шума и прочие физиологические особенности, тебе к другому врачу, не нужно засорять комментарии)

Есть формулы для расчета резонатора Гельмгольца и подобного ему четвертьволнового резонатора. В формулах учитывается скорость звука при определенной температуре, частота резонанса, которую нужно фиксировать при помощи специального прибора или просто нужного приложения на смартфоне, объем емкости и размер горловины, соединяющей трассу выхлопа с банкой резонатора. Расчеты дают точные размеры резонатора. Но не всегда получается разместить такую банку под днищем авто.У меня было пару случаев, когда не получилось внедрить резонатор нужного размера. Бывают такие частоты гула, что требуется ооочень большой размер банки. Но тем не менее в основном получается снизить уровень шума при установке такого резонатора.

И что мной было замечено, обычно гул проявляется на близких друг к другу частотах и параметры резонатора соотвественно бывают близкими друг к другу. Так же наблюдается то, что если установить резонатор большего объема, чем получается по формуле, то хуже не станет. То есть если расчеты говорят, что нужна банка объемом 1,5 литра, можно смело ставить 2 литра и это будет работать.

Проэксперементировав с различными размерами резонатора и различным местом его расположения могу подвести следующий итог: резонатор Гельмгольца лучше размещать ближе к центру выхлопной системы; канал соединяющий резонатор с системой должен быть примерно 10см длиной и диаметром 40 мм; объем резонатора должен быть примерно равен объему двигателя.

ВНИМАНИЕ ! ! ! НА ИСТИНУ НЕ ПРЕТЕНДУЮ ! ! !

Мои выводы и рекомендации могут быть не применимыми к некоторым случаям. Продолжаем эксперименты, господа.

www.drive2.ru

RU2511939C2 — Резонатор гельмгольца для камеры сгорания газовой турбины — Google Patents

Резонатор с приспосабливаемой частотой f резонатора для поглощения звука, создаваемого газовым потоком газовой турбины , при этом резонатор содержит горловинную секцию , камеру и деформируемый элемент , выполненный с возможностью деформации под действием изменения температуры газовой турбины, при этом деформируемый элемент содержит биметаллический элемент и образует спираль Форма деформируемого элемента предварительно задана с учетом соответствующей температуры газовой турбины. Горловинная секция и камера образуют объем резонатора Горловинная секция образует проход, соединяющий объем с газовой турбиной Деформируемый элемент выполнен с возможностью термической связи с температурой газовой турбины так, что форма деформируемого элемента зависит от соответствующей температуры газовой турбины. Деформируемый элемент установлен в горловинной секции так, что эффективный диаметр D 2,eff горловинной секции зависит от температуры газовой турбины. Форма спирали зависит от соответствующей температуры газовой турбины для избирательного приспосабливания эффективного диаметра D 2,eff горловинной секции.

Ключевые слова: шум, шумозащитные экраны, ослабление сигнала, резонатор Гельмгольца, аку- стическая камера. Введение. Воздействие звука на.

Главврач центра Гельмгольца объяснил, почему ослепли пациенты

– В нашем институте наблюдались пациенты с тяжелыми неуклонно прогрессирующими заболеваниями глаз, которые приводят к полной слепоте или к очень выраженному слабовидению. Речь идет о возрастной макулярной дененерации и диабетическом макулярном отеке. Единственным общепринятым методом лечения таких пациентов является введения анти-VGF-препаратов, которые реально приостанавливают течение патологического процесса и помогают пациентам очень эффективно. Каких либо других лекарственных средств, которые могли бы помочь при данной патологии, в мире попросту нет. Каждому пациенту перед началом лечения врач подробно рассказывает о препарате, обо всех возможных осложнениях, подчеркивая, что они могут произойти, после чего пациенты дают информированное согласие на такое лечение.

– «Авастин» — очень известный препарат для лечения различных злокачественных опухолей. Однако в его показаниях глазных болезней нет, то есть, он используется, как говорят врачи, «офф лейбл». Сегодня некоторые критики пытаются вас в этом попрекнуть…

– Сегодня «офф лейбл» используются очень многие лекарства, это международная практика. Ни один закон не запрещает врачам выписывать лекарства вне упомянутых в инструкции показаний. Что касается «Авастина», то есть даже докторские диссертации, доказывающие его эффективность при лечении серьезных глазных патологий. В Белоруссии его применении при тяжелых поражениях сетчатки разрешено указом руководства страны. Очень часто «офф лейбл» используются лекарства в случаях безвыходных ситуаций, как и в нашем случае. У наших пациентов только два пути: попробовать инновационное лечение, которое может их спасти, или ослепнуть. Мы на таком лечении никогда не настаиваем, просто рассказываем о его существовании пациенту, если видим, что он начал слепнуть и все равно помочь ему нечем.

– Этот препарат вы используете в своей практике давно?

– Наш Этический комитет разрешил его применение при глазных патологиях несколько лет назад. Поэтому у нас накопился уже огромный опыт работы с этим препаратом. И никогда еще у пациентов не возникало никаких осложнений, хотя в мировой и даже российской практике осложнения встречались. Ведь препарат вводится прямо в глазное яблоко, так что вероятность инфицирования существует.

– Что же произошло в этот раз?

После введения препарата у нескольких больных начался воспалительный процесс. Как только врачи это обнаружили, все больные сразу же были госпитализированы (препарат вводится амбулаторно). Им своевременно была оказана полноценная помощь, сейчас они находятся у нас на лечении, отмечается положительная динамика. Мы принимаем все необходимые меры для выздоровления. Скорее всего, мы столкнулись с некачественным или поддельным препаратом. Однако перед инъекцией врач, конечно, никак не может проверить его качество — если внешних изменений не наблюдается. Так что вины врачей здесь, разумеется, нет.

Вот что сказал по поводу всей этой ситуации один из пострадавших пациентов (дочь которого, собственно, и предала случившееся огласке) тверчанин Сергей Любавин.

— Я бы вообще ослеп, если бы не врачи. Врачам я кланяюсь в ноги. Врач, который мной занимается, возился со мною с 11 утра до ночи. Низкий всем врачам поклон. А виновата система, у которой всякие дистрибьюторы. Раньше при Советском Союзе всей этой швали не было.

Читайте материал: Пациенты не ослепли: врачи глазной клиники уточнили информацию о ЧП

Акустические резонаторы

Данное изобретение относится к камере сгорания газовой турбины, а более конкретно к камере сгорания газовой турбины с монтажным приспособлением для резонаторов Гельмгольца. В камерах сгорания газотурбинных двигателей могут возникать акустические вибрации во время процесса горения при определенных условиях, вызванные нестабильностями процесса горения. В данной области техники такие высокочастотные акустические вибрации иногда называют колебаниями. Было обнаружено, что колебания отрицательно влияют на оптимальную работу газотурбинного двигателя. После возникновения колебаний они могут продолжаться до тех пор, пока не будет удален источник энергии, вызывающий колебания, или до тех пор, пока не изменятся переменные параметры системы, что переведет работу газотурбинного двигателя в не колебательный рабочий диапазон.

Рык мотора для меломана имеет не меньшее значение, чем его технические характеристики. Но добиться сочного баритона теперь не так просто.