Введение 3
1. Колебательные системы и процессы 5
1.1 Колебания 5
1.2 Возбуждение резонатора потоком воздуха 7
1.3 Струйный резонатор Гельмгольца 9
1.3.1 Струйный излучатель упругих волн на основе
резонатора Гельмгольца 10
1.3.2 Представление струйного резонатора Гельмгольца
при помощи метода электроакустических аналогий 14
2. Экспериментальная часть 20
2.1 Описание экспериментальной установки 20
2.2 Ход эксперимента 22
2.2.1 Исследование зависимости собственных частот
СРГ при озвучивании камеры белым шумом 22
2.2.2 Исследование зависимости собственных частот СРГ
от скорости потока струи воздуха 25
Заключение 27
Список литературы 28
Приложение А 30
Приложение Б
В любых колебательных системах, предполагается наблюдение явления резонанса. Под этим явлением подразумевается резкое возрастание амплитуды собственных колебаний системы под действием вынуждающей силы. Необходимым условием возникновения резонанса является совпадение частоты собственных колебаний с частотой вынужденных колебаний.
С явлением резонанса приходится сталкиваться в самых разных ситуациях: при спектральном анализе сложных звуков, при создании узкополосных приемников звука, чувствительных к определенной частоте, излучателей колебаний и др. В ряде таких случаев используется акустический резонатор - устройство, обладающее одной или множеством собственных частот [1]. Такие колебательные системы могут представлять собой полости, каналы, камеры, системы объемных резонаторов, которые в сочетании могут образовывать сложные устройства, по своему действию аналогичные резонансным контурам, фильтрам и т.д. С их помощью можно выделять или подавлять определенные диапазоны частот, или же генерировать упругие волны. Также резонатор может обеспечивать повышение эффективности работы нагнетательных скважин в нефтедобывающей промышленности, в частности в области разработки месторождений [2].
Актуальность обусловлена исследованием собственных колебаний струйного резонатора Гельмгольца (СРГ) и влиянием геометрических особенностей резонатора и его элементов на собственные частоты. Это связано с тем, что в зависимости от конфигурации резонатора и при разных режимах работы, необходимые параметры и поправочные коэффициенты будут иметь разные значения. Суть настоящей работы заключается в исследовании этих конфигураций, режимов работы резонатора и нахождении дискретных частот собственных колебаний.
Целью работы является исследование влияния режима работы и геометрических параметров струйного резонатора Гельмгольца на его собственные частоты.
Для достижения поставленной цели необходимо решения таких задач как:
• обзор научной литературы по данному вопросу;
• создание экспериментальной установки и разработка методики проведения исследования;
• проведение экспериментальных исследований и анализ полученных результатов.
В результате обзора научной литературы и проведенного расчетно-экспериментального исследования получены следующие результаты:
- СРГ представляет собой устройство, способное генерировать высокоинтенсивные низкочастотные колебания и обладающее потенциальными возможностями его практического использования;
- разработана методика проведения исследований и создана экспериментальная установка, позволяющая изучать процесс возбуждения колебаний СРГ и его частотные характеристики;
- экспериментально установлены зависимости частот собственных колебаний СРГ от его геометрических характеристик. Выявлена область эффективной работы СРГ, в зависимости числа Струхаля и отношения L/Dx. Полученные результаты согласуются с данными, опубликованными в работах различных авторов.
Полученные практические данные могут быть использованы в качестве опорных, например, для исследований по повышению эффективности проектируемых скважинных генераторов колебаний, предназначенных для воздействия на продуктивные пласты при добыче нефти.
Основные положения выпускной квалификационной работы были доложены на I-й Международной школе-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Биомедицина, материалы и технологии XXI века» (Казань, 25-28 ноября 2015 г.) и Итоговой научно-образовательной конференции студентов института физики КФУ (Казань, 15 мая 2016 г.).
