Numerical characterization of an axisymmetric lined duct with flow using the multimodal scattering matrix

In this paper, the development of a numerical method to compute the multimodal scattering matrix of a lined duct in the presence of flow is presented. This method is based on the use of the convected Helmholtz equation and the addition of modal pressures at duct boundaries as additional degrees of freedom of the system. The boundary effects at the inlet and outlet of the finite waveguide are neglected. The choice of this matrix is justified by the fact that it represents an intrinsic characterization of a duct system. The validation of the proposed finite element is done by a comparison with the analytical formulation for simple cases of ducts. Then, the numerical coefficients of the scattering matrix of a lined duct and its acoustic power attenuation are computed for several flow velocities to evaluate the flow effect.

W pracy zaprezentowano numeryczną metodę wyznaczania macierzy rozpraszania dla wyściełanego przewodu z uwzględnieniem wewnętrznego przepływu czynnika. Metodę oparto na zastosowaniu równania konwekcji Helmholtza z wprowadzeniem ciśnień modalnych na brzegach jako dodatkowych stopni swobody układu. Efekty brzegowe na wlocie i wylocie przewodu falowego o skończonej długości pominięto. Wybór macierzy rozpraszania uzasadniono faktem, że reprezentuje ona wewnętrzną charakterystykę analizowanego modelu. Zaproponowany element skończony zweryfikowano poprzez porównanie z istniejącymi rozwiązaniami analitycznymi dla prostych przypadków konfiguracji przewodu. Następnie numerycznie obliczono wartości elementów macierzy rozpraszania oraz współczynniki tłumienia akustycznego dla kilku prędkości przepływu w celu określenia, jak dalece wpływa on na badany układ.