Laminärt flöde i basreflextunneln

[PeterAkemark]

Det har skrivits mycket på forumet om vikten av ett laminärt flöde i basreflexöppningar. I en modern bil så sitter det ofta ett bi-kake format segment alldeles efter luftfiltret för att åstadkomma ett laminärt flöde så att luftmassemätaren skall kunna fungera. Segmentet är bara någon centimeter tjockt föregås av ett luftfilter som förmodligen jämnar ut luftflödet något.

Min fråga till forumet är hur tjockt segment behöver jag ha i en basreflexöppning för att det skall bli effektivt? Och har jag en slits-formad öppning som beskrivits av "Isidor" på annan plats i forumet, tillför då ett bi-kake segment någon nämnvärd förbättring?

[Elfsberg]

Överkurs..

[aisopos]

Jag misstänker att det är ett outforskat fält inom högtalarbranschen. Du har kanske chansen att bli en pionjär ...

[sebatlh]

Man brukar ju snacka om Reynolds tal, Re = rho*v*L/my som ger ett ungefärligt mått på graden av turbulens.
L där är den karakteristiska längden. I slitsens fall är det dess höjd*2, i röret är det dess diameter.

Så vad säger detta om bikakemönster i porten? Det är en väldigt bra fråga
Jag tror bikakan måste utgöra en stor del av röret för att kunna hålla turbulensen i schack.
Bättre/enklare då att bara köra på flertalet lite smalare rör. Men det är å andra sidan inte lika kul

[PeterAkemark]

Jaha Seb, men i en bil behövs bara 1-2 cm längd för att säkerställa ett laminärt flöde och jag antar att luftströmmen är väsentligt större i motorn. I vilket fall som helst så borde det i alla fall finnas bi-kakor i båda ändarna av röret/tunneln. Om hela rörets/tunnelns tvärsnittsarea utgörs av mindre rör borde inte förlusterna öka då? Och hur små rör, i förhållande till den ursprungliga tvärsnittsarea, behöver jag eller kan jag tillåta?

[Nattlorden]

Kan det spela någon roll att flödet i basporten bytar riktning ideligen? Jag antar att så inte är fallet med bil(?).

[sebatlh]

Lite osäker exakt hur det ser ut i en bil, men sitter inte sensorn nära gallret då?
Risken är att det blir turbulent mitt i röret om man bara har galler i ändarna. Jag tror du måste testa för att få ett bra svar.
Om största problemet är just vid portmynningarna så kan det vara värt det. Men det kanske räcker med ett plan som delar röret i två delar. Eller kanske ett kryss.
Samtidigt kan objekt i flödets väg inducera turbulens. Så det är inte helt lätt detta.

Kolla Reynolds tal igen för en skattning av hur mycket mindre diameter på rören du behöver för en given gashastighet. Halva diametern = dubbla hastigheten.
Flödesmotståndet tror jag inte är något att tänka för mycket på. Slitzportar verkar ju funka utan gnäll om låga Q-värden.

[Svante]

Det har skrivits mycket på forumet om vikten av ett laminärt flöde i basreflexöppningar. I en modern bil så sitter det ofta ett bi-kake format segment alldeles efter luftfiltret för att åstadkomma ett laminärt flöde så att luftmassemätaren skall kunna fungera. Segmentet är bara någon centimeter tjockt föregås av ett luftfilter som förmodligen jämnar ut luftflödet något.

Min fråga till forumet är hur tjockt segment behöver jag ha i en basreflexöppning för att det skall bli effektivt? Och har jag en slits-formad öppning som beskrivits av "Isidor" på annan plats i forumet, tillför då ett bi-kake segment någon nämnvärd förbättring?

Flödesmätaren vill ha en linjär akustisk resistans, då får man ett tryckfall som är proportionellt mot flödet. Flödet kan då mätas med en tryckmätare. I en basreflexhögtalare vill man inte ha en akustisk resistans utan en akustisk massa. I trånga rör (som i bikakan) dominerar resistansen över massan. Skulle du ha Elak-boken kan du titta på s 7-1 för att få mer info om impedansen för trånga rör.

[PeterAkemark]

Svante: Nja, flödesmätaren fungerar som en Karman Vortex mätare och den vill inte ha någon resistans om det går. Man mäter virvlar i luften men jag är inte man att helt beskriva hur det går till.

Seb: avståndet mellan bi-kakan och mätaren är ca 5-6 cm och hela mätsektionen är ca 20 cm lång. Att det blir turbulens senare i insuget är väl ett sant antagande men det har inte bekymrat bilkonstruktörerna.

[Svante]

Svante: Nja, flödesmätaren fungerar som en Karman Vortex mätare och den vill inte ha någon resistans om det går. Man mäter virvlar i luften men jag är inte man att helt beskriva hur det går till.

Ok, motsäger inte det att det är laminärt flöde? Karman Vortex (jag var tvungen att slå upp det, men kände igen det) är väl typiskt turbulent flöde. Det turbulenta flödet måste väl rimligen inträffa efter bikakan då?

Hursomhelst så är bikakevarianten ett standardsätt att mäta flöden genom att man kopplar en differentiell tryckmätare till den, och eftersom rören är dominerade av en hyfsat linjär resistans får man en tryckskillnad som är proportionell mot flödet. Vad jag inte vet är om det är så det är dimensionerat i bilar. Flödet kanske är så högt att det blir turbulent ändå?

[IngOehman]

Det har gjorts försök (redan för mycket länge sedan) med arrangemang för att tvinga fram laminärt
flöde i basreflextunneln, genom att fylla denna med en massa sugrör. Det marknadsfördes med buller
och bång.

Det var en dålig ide (av många olika skäl).

- - -

Så vad är då sant?

Sant är, att en helt vanligt basreflexport fungerar väldigt bra, om man med "bra" menar att avvikelsen
från det beteende man kan beräkna med linjära ekvationer, blir små. I varje fall om systemet är klokt
dimensionerat.

Så bra att det är tveksamt om det finns några större förbättringar att göra. Visst kan man göra en spalt-
port eller dela upp en port i flera mindre portar, och på så vis kunna använda en lite mindre area och
därmed även en kortare port än om man bara använder ett runt rör som port, men någon egentlig vinst
med avseende på slutbeteendet får man inte (jag bortser för ögonblicket från t ex saker som orgelpips-
resonanser, eftersom trådstartaren inte verkar sikta in sig på sådana egenskaper).

- - -

Det känns lite som om frågeställaren i detta fall behöver förklara lite bättre vad det är som han tänker sig
att det kan finnas att vinna - eller ännu hellre lite tydligare berätta vilka problem hos normala basreflex-
högtalares portar han anser finns.

Att i allmänna ordalag prata om turbulens är inte så tydligt. Turbulens vardå? Talar du om turbulens utan-
för röret, i röret, i lådan, och vid vilka ljudtryck? Vilken sorts turbulens och på vilket sätt du tänker dig
att den ställer till med problem är också intressanta pusselbitar för den som gärna hjälper till att försöka
nysta upp problemet.

Att nysta upp det i detalj kan bli en grannlaga uppgift då detaljerna skiljer sig åt rätt så mycket när man
överskrider det område där en port beter sig bra. Men i de flesta fall har man varierande grader av i varje
fall dessa beteenden vid överstyrning: Vortexvirvlar skickar ut luft i strålar, turbulens kan skapa förlustar
(Qh sjunker), och den akustiska massan kan bli utstyrningsberoende (Fh flyttar sig).

De sista sagda med reservation för att det kan vara dubiöst att definera linjära parametrar när ett system
egentligen inte längre arbetar linjärt.


Vh, iö

[Svante]

Håller med om allt det där men ryser inför ordet vortexvirvlar. Det låter ungefär som discskiva, boxlåda eller levelnivå.

[petersteindl]

Lite virvelvirvlar kanske

På coop kan man köpa tandkrämen tandkräm

[imac]

Jag tror mer på rugglig yta på insida av basreflexröret (som tex spjut eller golfboll) så blir det snabbare bas o mindre turbulens

[sebatlh]

Mja, ytstrukturer av den typen brukar vara till för att öka turbulensen. Kolla den här suddiga figuren tex där ökad turbulens ger en mindre vak.

[PeterAkemark]

Håller med om allt det där men ryser inför ordet vortexvirvlar. Det låter ungefär som discskiva, boxlåda eller levelnivå.

Nu blev det väl en övning i semantik vilket jag inte avsåg. Jag tog bilmotorns insugs-arrangemang som ett exempel där man använder en bi-kake formad kropp för att skapa ett laminärt flöde innan man skapar en kontrollerad luftvirvel vars egenskaper är avhängiga luftmängden som passerar. Det laminära flödet innan föreställer jag mig behövs för att få en kontrollerad miljö fri från okontrollerade luftvirvlar som skulle ge felaktiga mätvärden. Nog om detta. Eftersom bi-kakan är ca 1-2 cm i längd och har 6 väggar som är ca 3-4 mm var och att detta är tillräckligt för att skapa ett laminärt flöde för en gasmängd i storleken 1 -10 liter/s (i en riktning)

Herr Öhman:
Jag skriver inte något om turbulens i min frågeställning! I övrigt är din utläggning trevlig och klargör var du står i din uppfattning och det tackar jag för. Men i det följande avsnittet:

" Visst kan man göra en spaltport eller dela upp en port i flera mindre portar, och på så vis kunna använda en lite mindre area och
därmed även en kortare port än om man bara använder ett runt rör som port, men någon egentlig vinst
med avseende på slutbeteendet får man inte (jag bortser för ögonblicket från t ex saker som orgelpips-
resonanser, eftersom trådstartaren inte verkar sikta in sig på sådana egenskaper). "
Om jag delar upp porten i flera mindre portar är det ändå summan att portarnas tvärsnittsyta som är avgörande och längden förblir densamma men jag antar att detta är ett förbiseende från din sida eller har jag uppfattat dig fel?.

Att fylla ett basreflexrör på längden helt med sugrör förefaller inte optimalt och där av min fråga i forumet. För att återgå till den ursprungliga frågeställningarna. Eftersom 1-2 cm av bi-kakans längd, i början av ett rör/tunnel i en motors insug, är tillräckligt för att skapa ett laminärt flöde i de efterföljande 10-30 cm så undrar jag hur tjockt segment av sugrör eller annat lämpligt, behöver jag ha i en basreflexöppning för att det skall fungera effektivt? Jag antar att bi-kakans längd står i proportion till någon annan dimension som rörets/tunnelns tvärsnitt eller gasmängden som växelvis strömmar genom röret/tunneln men jag vet inte?

Har jag en slits-formad öppning som beskrivits av "Isidor" på annan plats i forumet, tillför då ett bi-kake segment någon nämnvärd förbättring?

En hemsida med en förtydligande bild till ett typiskt insugs-arrangemang finns här http://www.aa-academy.com/Training/Learning%20Zone/Toyota%20Karman%20Vortex.asp

[Nattlorden]

om det inte nödvändigtvis måste vara bikakeformat, så går det ju att klippa sugrören till jättekorta bitar och limma ihop för ett prov.

[aisopos]

Att fylla ett basreflexrör på längden helt med sugrör förefaller inte optimalt och där av min fråga i forumet. För att återgå till den ursprungliga frågeställningarna. Eftersom 1-2 cm av bi-kakans längd, i början av ett rör/tunnel i en motors insug, är tillräckligt för att skapa ett laminärt flöde i de efterföljande 10-30 cm så undrar jag hur tjockt segment av sugrör eller annat lämpligt, behöver jag ha i en basreflexöppning för att det skall fungera effektivt? Jag antar att bi-kakans längd står i proportion till någon annan dimension som rörets/tunnelns tvärsnitt eller gasmängden som växelvis strömmar genom röret/tunneln men jag vet inte?

1. Jag tror inte alls att detta stämmer:
"Eftersom 1-2 cm av bi-kakans längd, i början av ett rör/tunnel i en motors insug, är tillräckligt för att skapa ett laminärt flöde i de efterföljande 10-30 cm"
Det är ganska garanterat inte laminärt flöde efter bikakan, det är i bästa fall bara lite mindre turbulent/lite mer laminärt än utan.
Det blir t.ex. rätt garanterat turbulens där bikakan slutar, just för att den slutar.

Men visst kan man verkligen tänka sig att bikakan bidrar till mer laminärt flöde. Dels styrs luften in i "rakare banor" (men troligen lite olika mängd luft i olika delsegment, vilket sen ger upphov till ny turbulens när hela flödet ska slås ihop).
Sen lär ju bikakan agera strömningsmotstånd i någon liten mån, ju längre bikaka eller fler lameller ju högre strömningsmotstånd.
Strömningsmotstånd agerar ju generellt som laminär-strömnings-bildare. Men jag tror inte en basreflexport tjänar speciellt mycket på strömningsmotstånd. Du inför ju ett R och sänker q-värdet för det mekaniska system som porten utgör.


Det finns ju ett flertal häftiga programvaror som kan simulera sånt här.
http://www.comsol.com/
En del är riktigt kraftfulla.

googla typ "program physics simulation" eller liknande sökord.

[sebatlh]

Anledningen till att ingen kommer med ett rakt svar är att Navier-Stokes ekvationer är rätt bökiga att lösa
Man kan inte ge så mycket mer än tumregelmässiga svar utan att snurra igång sin CFD-lösare eller göra experiment.
Tyvär.

[paa]

Om jag delar upp porten i flera mindre portar är det ändå summan att portarnas tvärsnittsyta som är avgörande och längden förblir densamma men jag antar att detta är ett förbiseende från din sida eller har jag uppfattat dig fel?.

När det gäller Helmholzavstämningen så är det som du skriver att totala arean avgör längden, men när det gäller gränsen mellan laminär och icke-laminär strömning så är det precis så att flera rör med mindre diameter tillåter högre totalt flöde innan den laminära strömningen blir icke-laminär (turbulent), vilket kraftigt ökar strömningsmotståndet igenom porten vid höga nivåer.
Om inte porten fungerar linjärt så kommer dämpningen av baselementet minska, och elementutslaget kommer att öka i det område som porten är aktiv vid lägre nivåer.
Det är alltså inte så att man kan minska baselementets överstyrning om porten "överstyr" vid lämplig nivå, utan tvärtom så blir det extra jobbigt för elementet i sådant fall.
Man kan kontrollera portens linjäritet och brusskapande egenskaper om man kör sinuston vid avstämningsfrekvensen. Om man höjer nivån in 10dB så ska utnivån vid avstämningsfrekvensen också öka 10 dB. Där är det nästan enbart porten som skapar ljudtrycket. Om utnivån inte följer innivån och det låter brusigt om tonen så är inte porten optimal för denna ljudnivå, men om den klarar detta test upp till önskad maxnivå så behöver man inte fundera på bikakor och golfbollar.

[IngOehman]

Håller med om allt det där men ryser inför ordet vortexvirvlar. Det låter ungefär som discskiva, boxlåda eller levelnivå.

Jo, så kan man ju tycka, och ha full rätt till sin rysning.

Men det finns ett skäl till att jag skrev så, och det är att en vortex för de flesta nog uppfattas som en välde-
finierad cirkulär virvel, en som drivs av en yttre mer eller mindre laminär strömning, medan virvlar även kan
vara vilda turbulenta och lite hursomhelstiga saker.

Inom strömningsmekaniken talar man ofta om en vortex som en speciell sorts virvel, men det finns ett helt
svenskt begrepp för det också, nämligen fri virvel. Tänkte dock att ingen skulle förstå vad jag hade menat
om jag skrivit fri virvel. I detta fall var det ju dessutom en fri donut-vortex (vilket är en specialform av den
där specialformen).

Och nu väntar jag på invändningarna mot det begreppet.

Men sammanfattningsvis tyckte jag inte att det dög att skriva virvel, eftersom sådana kan vara både fria och
turbulenta. Då skrev jag vortex-virvel, så alla skulle förstå. För vem vet inte hur en vortex ser ut? Alla har ju
tittat på väderkartor.


Vh, iö

[imac]

Mja, ytstrukturer av den typen brukar vara till för att öka turbulensen. Kolla den här suddiga figuren tex där ökad turbulens ger en mindre vak.

Men det är väl så att det är turbulensen man är ute efter för att skapa en skikt med luft på ytan som gör att det blir mindre motstånd o mer homogen hastighet för luftflödet?


PS: IÖ du har ett PM!

[IngOehman]

Håller med om allt det där men ryser inför ordet vortexvirvlar. Det låter ungefär som discskiva, boxlåda eller levelnivå.

Nu blev det väl en övning i semantik vilket jag inte avsåg. Jag tog bilmotorns insugs-arrangemang som ett exempel där man använder en bi-kake formad kropp för att skapa ett laminärt flöde innan man skapar en kontrollerad luftvirvel vars egenskaper är avhängiga luftmängden som passerar. Det laminära flödet innan föreställer jag mig behövs för att få en kontrollerad miljö fri från okontrollerade luftvirvlar som skulle ge felaktiga mätvärden. Nog om detta. Eftersom bi-kakan är ca 1-2 cm i längd och har 6 väggar som är ca 3-4 mm var och att detta är tillräckligt för att skapa ett laminärt flöde för en gasmängd i storleken 1 -10 liter/s (i en riktning)

Herr Öhman:
Jag skriver inte något om turbulens i min frågeställning!

Oj, ett utropstecken. Kraftfullt. Okej. Du påpekar detta.

Är det alltså någon som har skrivit att du har skrivit något om turbulens i din frågeställning? Jag tror inte
att jag skrivit att du användt ordet som sådant. Men du har ju skrivit om laminärt flöde, och antytt problem
med när så inte är fallet (vid turbulent flöde). Då vill man ju veta var det icke-laminära flödet som kan vara
ett problem, råder när du ser det som ett problem.

Jag menade inget illa när jag frågade, och jag introducerade heller inte ordet turbulens i tråden.

I övrigt är din utläggning trevlig och klargör var du står i din uppfattning och det tackar jag för. Men i det följande avsnittet:

" Visst kan man göra en spaltport eller dela upp en port i flera mindre portar, och på så vis kunna använda en lite mindre area och
därmed även en kortare port än om man bara använder ett runt rör som port, men någon egentlig vinst
med avseende på slutbeteendet får man inte (jag bortser för ögonblicket från t ex saker som orgelpips-
resonanser, eftersom trådstartaren inte verkar sikta in sig på sådana egenskaper). "
Om jag delar upp porten i flera mindre portar är det ändå summan att portarnas tvärsnittsyta som är avgörande och längden förblir densamma men jag antar att detta är ett förbiseende från din sida eller har jag uppfattat dig fel?.

Jag kan inte svara på vad du fattat eller missuppfattat, men jag menar det jag skriver. Om man delar upp
porten i flera mindre portar så kan man använda en mindre area (utan att förlora peak-flödeskapacitet)
och därmed även mindre längd.

Exempel:

En låda har en stor rund port om 120 cm^2. Vi byter ut denna mot tre portar, och då kan vi nöja oss med
en area om 90 cm^2, det vill säga 30 cm^2 per port. Det betyder att de tre portarnas akustiska längd blir
25% mindre för samma avstämning (den verkliga avkortningen blir något mindre på grund av minskade änd-
korrektioner).

Ok?

Att fylla ett basreflexrör på längden helt med sugrör förefaller inte optimalt och där av min fråga i forumet. För att återgå till den ursprungliga frågeställningarna. Eftersom 1-2 cm av bi-kakans längd, i början av ett rör/tunnel i en motors insug, är tillräckligt för att skapa ett laminärt flöde i de efterföljande 10-30 cm så undrar jag hur tjockt segment av sugrör eller annat lämpligt, behöver jag ha i en basreflexöppning för att det skall fungera effektivt? Jag antar att bi-kakans längd står i proportion till någon annan dimension som rörets/tunnelns tvärsnitt eller gasmängden som växelvis strömmar genom röret/tunneln men jag vet inte?

Okej, och jag vill återgå till mina frågor från mitt första inlägg. Vad är det du vill uppnå och varför? Vilket
problem anser du finns? Mitt spontana svar till det du skriver är ju att det fungerar effektivt redan som det
är. Det finns (om allt är rätt dimensionerat) inga egentliga signifikanta problem.

Har jag en slits-formad öppning som beskrivits av "Isidor" på annan plats i forumet, tillför då ett bi-kake segment någon nämnvärd förbättring?

En hemsida med en förtydligande bild till ett typiskt insugs-arrangemang finns här http://www.aa-academy.com/Training/Learning%20Zone/Toyota%20Karman%20Vortex.asp

Ett arrangemang med spaltport ger liknande fördelar som att dela upp en stor port i många små - man kan
med ett sådant arrangemang tillåta sig att minsta arean för porten en smula.


Vh, iö

[sebatlh]

Mja, ytstrukturer av den typen brukar vara till för att öka turbulensen. Kolla den här suddiga figuren tex där ökad turbulens ger en mindre vak.

Men det är väl så att det är turbulensen man är ute efter för att skapa en skikt med luft på ytan som gör att det blir mindre motstånd o mer homogen hastighet för luftflödet?

Ja visst är det så. Man skapar ett turbulent gränsskikt.
Men för basreflexrör är jag skeptisk till att det kommer fungera någe vidare.
Spelar man svagt så är flödet laminärt. Spelar man starkt så når man kanske läget med ett tunt gränsskikt. Mitt emellan då?

[DQ-20]

Karman Vortex (jag var tvungen att slå upp det, men kände igen det) är väl typiskt turbulent flöde.

Karmanska virvelgatan måste varje ingenjör av rang känna till. Heisenberg skrev sin doktorsavhandling om den och de förklarar Ljungströmarnas vaggande gång över fjärden.

/DQ-20

[IngOehman]

När vi ändå är inne på sjöfart finns väl ett avlägset fysikaliskt meander-släktskap också, om man talar
om Kármán-vortex-gator.


Vh, iö

[Svante]

Karman Vortex (jag var tvungen att slå upp det, men kände igen det) är väl typiskt turbulent flöde.

Karmanska virvelgatan måste varje ingenjör av rang känna till. Heisenberg skrev sin doktorsavhandling om den och de förklarar Ljungströmarnas vaggande gång över fjärden.

/DQ-20

Jadå, jag kom bara inte ihåg namnet. Den finns på en vägg på KTH, om än med misshandlad cylinder (den är ett klot).