This work investigates the performance characteristics of Helmholtz resonators, using numerical simulations performed with the open source software OpenFOAM. A scaling method is presented, which allows the simplification of resonator geometries with multiple throats per cavity into a single-cavity single-throat configuration, without changing its impedance. In order to determine the resonator impedance, two different approaches are tested and compared. The impedance tube method uses area averaged pressure and velocity data from a reference surface in the channel, while the in situ method utilizes pressure data from sensors placed on the frontplate and backplate of the resonator. The results show a close match especially at low grazing velocities, with the difference between both increasing as the grazing flow velocity is raised. A particular interest is taken in determining the effects of grazing flow on the resonator behavior. The grazing flow causes a recirculation zone to form inside the throat, decreasing the fluctuating mass and therefore increasing the eigenfrequency of the resonator. This shift is confirmed by the simulation and also matched with analytical calculations. Moreover, whistling is observed at low grazing flow velocities for a configuration considered. An effect that is caused by vortices shedding of the resonator throat edge and hitting the opposite throat wall, which causes a pressure spike. If the timescale of this effect matches with the eigenfrequency of the resonator, a continuous fluctuating pressure wave is emitted. Using the definition of the critical Strouhal number, the reasons for the occurrence of the whistling behavior is explained. Overall, the simulations were successful in reproducing experimental data for resonator geometries with and without grazing flow up to Mach 0.4,showing a closer match than has been achieved in similar publications.     «

This work investigates the performance characteristics of Helmholtz resonators, using numerical simulations performed with the open source software OpenFOAM. A scaling method is presented, which allows the simplification of resonator geometries with multiple throats per cavity into a single-cavity single-throat configuration, without changing its impedance. In order to determine the resonator impedance, two different approaches are tested and compared. The impedance tube method uses area average...     »

In dieser Arbeit werden die Leistungskennzahlen von Helmholtz-Resonatoren untersucht.Hierfür werden numerische Simulationen mit dem Open-Source-Paket OpenFOAM durchgeführt. Es wird eine einfache Skalierungsmethode präsentiert mit deren Hilfe sich Resonator-Geometrien, welche mehrere Öffnungen pro Hohlraum besitzen, zu Geometrien mit nur einer Öffnung pro Hohlraum vereinfachen lassen, ohne dabei deren Resonanzverhalten zu verändern. Um die Impedanz des Resonators zu ermitteln, werden zwei unterschiedliche Ansätze getestet und verglichen. Zum einen wird die Impedanzrohr-Methode herangezogen, welche flächengemittelt Druck und Geschwindigkeit, gemessen auf einer Referenzebene, zur Bestimmung der Impedanz nutzt. Zum Anderen die in situ Methode, welche mit Druckmessungen an der Stirnfläche und dem Boden des Hohlraumes arbeitet. Die somit ermittelten Impedanzwerte zeigen eine gute Übereinstimmung untereinander, wobei eine steigende Abweichung bei Erhöhung der Überströmungsgeschwindigkeit festgestellt werden kann. Ein besonderes Augenmerk liegt in der Ermittlung von Überströmungseffekten auf das Resonatorverhalten. Durch die Überströmung wird ein Zirkulationsgebiet im Hals des Resonators erzeugt, welcher die fluktuierende Gesamtmasse verringert, was wiederum zu einer Erhöhung der Eigenfrequenz führt. Dieses Verhalten kann in den Simulationen bestätigt werden, welche wiederum mit analytischen Schätzungen abgeglichen werden. Bei niedrigen Geschwindigkeiten der Überströmung kann ein so genanntes “Pfeifen” beobachtet werden. Hierbei handelt es sich um ein Phänomen welches auftritt, wenn die Zeitskalen der Wirbel, die sich aufgrund der Überströmung am Hals des Resonators ablösen und auf der gegenüberliegenden Wand auftreffen, mit der Eigenfrequenz des Resonators übereinstimmen und periodische Druckfluktuationen verursachen. Dieser Effekt wird anschließend analytisch untersucht und mit einer kritischen Strouhal Zahl in Verbindung gebracht. Mithilfe von experimentell ermittelten Daten können die Simulationsergebnisse bis zu einer Überströmungsgeschwindigkeit von Mach 0,4 validiert werden, wobei auch teils eine größere Übereinstimmung als in anderen Veröffentlichungen festgestellt wird.      «

In dieser Arbeit werden die Leistungskennzahlen von Helmholtz-Resonatoren untersucht.Hierfür werden numerische Simulationen mit dem Open-Source-Paket OpenFOAM durchgeführt. Es wird eine einfache Skalierungsmethode präsentiert mit deren Hilfe sich Resonator-Geometrien, welche mehrere Öffnungen pro Hohlraum besitzen, zu Geometrien mit nur einer Öffnung pro Hohlraum vereinfachen lassen, ohne dabei deren Resonanzverhalten zu verändern. Um die Impedanz des Resonators zu ermitteln, werden zwei untersc...     »