Practical non-synoptic fluctuating wind often exhibits nonstationary features and should be modeled as nonstationary random processes. Generally, the coherence function of the fluctuating wind field has time-varying characteristics. Some studies have shown that there is a big difference between the fluctuating wind field of the coherent function model with and without time variability. Therefore, it is of significance to simulate nonstationary fluctuating wind field with time-varying coherent function. However, current studies on the numerical simulation of nonstationary fluctuating wind field with time-varying coherence are very limited, and the proposed approaches are usually based on the traditional spectral representation method with low simulation efficiency. Especially, for the simulation of multi-variable wind field of large span structures such as transmission tower-line, not only the simulation is inefficient but also the matrix decomposition may have singularity problem. In this paper, it is proposed to conduct the numerical simulation of nonstationary fluctuating wind field in one-spatial dimension with time-varying coherence based on the wavenumber-frequency spectrum. The simulated multivariable nonstationary wind field with time-varying coherence is transformed into one-dimensional nonstationary random waves in the simulated spatial domain, and the simulation by wavenumber frequency spectrum is derived. So, the proposed simulation method can avoid the complicated Cholesky decomposition. Then, the proper orthogonal decomposition is employed to decompose the time-space dependent evolutionary power spectral density and the Fourier transform of time-varying coherent function, simultaneously, so that the two-dimensional Fast Fourier transform can be applied to further improve the simulation efficiency. Finally, the proposed method is applied to simulate the longitudinal nonstationary fluctuating wind velocity field along the transmission line to illustrate its performances.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.6
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pp.725-733
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1998
The pressure fluctuation on the surface of a submerged body has been recognized as a dominant noise source. There have been many studies concerning the flow induced noise on a flat plate. However, the noise over an axisymmetric body has not been well reported. This paper addresses the way in which we have investigated the mechanism of noise generation due to an axisymmetric body. The associated experiments and signal processing methods are introduced. A 3-dimensional axisymmetric body whose length and diameter were 2 m and 10.4 cm, was prepared as a test specimen. The wall pressure on the surface of the body was measured in a large scale low noise wind tunnel at KIMM(Korea Institute of Machinery and Metals). To measure the wall pressure, we used two microphone arrays which were tangential and normal to the flow. Based on the measured signal, frequency-wavenumber spectrum which explains the structure of turbulence noise, was estimated. Tangential to the flow, there exists convective ridge at a relatively higher wavenumber region; this can cause spatial aliasing. To circumvent this problem, the cross spectrum was interpolated. The interpolation has been performed by unwrapping the phase and smoothing the cross spectrum. The phase unwrapping was done based on the Corcos model; the phase of cross spectrum decreases linearly with the distance between microphones. Aforementioned signal processings are possible by employing the experimental results that the estimated wavenumber spectrum quite resembles the Corcos model. We try to modify the Corcos model which is applicable to the flat plate, by altering the magnitude of cross spectrum to fit the experimental data more accurately. We proposed that this wavenumber spectrum model is suitable for the 3-dimensional axisymmetric body. Normal to the flow, there exists a little correlation between signals of different microphones. The circumferential wavenumber spectrum contains uniform power along the wavenumbers.
High-frequency bistatic sea surface scattering channels according to sea state were measured at an experimental site of Geoje bay in April 2020, and compared with predictions based on scattering theory. A linear frequency-modulated signal with a center frequency of 128 kHz and a bandwidth of 32 kHz was used for the acoustic measurements. Sea surface wavenumber spectrum was calculated from surface roughness data measured by a wave buoy, and bistatic scattering cross-section of Small Slope Approximation (SSA) based on the wavenumber spectrum was estimated. In addition, scattering from near-surface bubbles using wind speed measured during experiments was considered. Surface scattering channel intensity impulse responses were simulated using the scattering cross-section and the simulation results were compared and analyzed with the field data.
When an array receives a signal with a frequency higher than the design frequency, there is an ambiguity in beamforming due to spatial aliasing. In order to overcome this problem, Abadi proposed frequency-difference beamforming. However, there is a constraint that the minimum frequency bandwidth is required according to the value of the difference frequency. In this paper, we propose a method to find the direction of the target signal with spatial aliasing based on the frequency-wavenumber spectrum combined with Radon transform. The proposed method can estimate the direction of the target without ambiguities when the signal has nonnegligible bandwidth. We tested the algorithm by simulating a broadband signal and verified the results with the frequency-difference beamforming method using SAVEX15 (Shallow Water Acoustic Variability EXperiment 2015)'s shrimp noise data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.2
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pp.280-287
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2000
Laboratory measurements were made of wall pressure fluctuations in a separated and reattaching flow over a backward-facing step. An array of 32 microphones along the streamwise direction was utilized. Various statistical properties of pressure fluctuations were scrutinized. The main emphasis was placed on the flow inhomogeneity along the streamwise direction. One point statistics such as the streamwise distribution of rms pressure and autospectra were shown to be generally consistent with other studies. The coherences and wavenumber spectra in the streamwise directions were indicative of the presence of dual modes in pressure; one is the large-scale vortical structure in low frequency and the other is the boundary-layer-like decaying mode in high frequency.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.10
s.103
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pp.1177-1185
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2005
This paper investigates the noise radiated by a cascade of flat-plate airfoils interacting with homogeneous, isotropic turbulence. At frequencies above the critical frequency, all wavenumber components of turbulence excite propagating cascade modes, and cascade effects are shown to be relatively weak. In this frequency range, acoustic power was shown to be approximately proportional to the number of blades. Based on this finding at high frequencies, an approximate expression is derived for the power spectrum that is valid above the critical frequency and which is in excellent agreement with the exact expression for the broadband power spectrum. The approximate expression shows explicitly that the acoustic Power above the critical frequency is proportional to the blade number, independent of the solidity, and varies with frequency as ${\phi}_{ww}(\omega/W$), where ${\phi}_{ww}$ is the wavenumber spectrum of the turbulence velocity and W is mean-flow speed. The formulation is used to perform a parametric study on the effects on the power spectrum of the blade number stagger angle, gap-chord ratio and Mach number. The theory is also shown to provide a close fit to the measured spectrum of rotor-stator interaction when the mean square turbulence velocity and length-scale are chosen appropriately.
Song, Woo-Seog;Lee, Seung-Bae;Shin, Dong-Shin;Na, Yang
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.11
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pp.1993-2001
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2006
The piezoelectric bimorph film, which, as an actuator, can generate more effective displacement than the usual PVDF film, is used to control the turbulent boundary-layer flow. The change of wall pressures inside the turbulent boundary layer is observed by using the multi-channel microphone array flush-mounted on the surface when actuation at the non-dimensional frequency $f_b^+$:=0.008 and 0.028 is applied to the turbulent boundary layer. The wall pressure characteristics by the actuation to produce local displacement are more dominantly influenced by the size of the actuator module than the actuation frequency. The movement of large-scale turbulent structures to the upper layer is found to be the main mechanism of the reduction in the wall- pressure energy spectrum when the 700$700{\nu}/u_{\tau}$-long bimorph film is periodically actuated at the non- dimensional frequency $f_b^+$:=0.008 and 0.028. The biomorph actuator is triggered with the time delay for the active forcing at a single frequency when a 1/8' pressure-type, pin-holed microphone sensor detects the large-amplitude pressure event by the turbulent spot. The wall-pressure energy in the late-transitional boundary layer is partially reduced near the convection wavenumber by the open-loop control based on the large amplitude event.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.506-509
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2006
Shaped Sound Focusing is defined as the generation of acoustically bright shape in space using multiple sources. The acoustically bright shape is a spatially focused region with relatively high acoustic potential energy level. In view of the energy transfer, acoustical focusing is essential because acoustic energy is very small to use other type of energy. Practically, focused sound shape control not a point is meaningful because there are so many needs to enlarge the focal region especially in clinical uses and others. If focused sound shape can be controlled, it offers various kinds of solutions for clinical uses and others because a regional focusing is essentially needed to reduce a treatment time and enhance the performance of transducers. For making the shaped-sound field, control variables, such as a number of sources, excitation frequency, source positioning, etc., should be taken according to geometrical sound shape. To verify these relations between them, wavenumber domain matching method is suggested because wavenumber spectrum can provide the information of control variables of sources. In this paper, the procedures of shaped sound focusing using wavenumber domain matching and relations between control variables and geometrical sound shape are covered in case of an acoustical ring.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.1089-1092
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2001
In order to measure the vibration of a ribbed clindrical shell, the principle of reciprocity has been implemented. An accelerometer was fixed at the position defined as the excitation point. An impact hammer was used to tap at the response array points (64 points) located along the circumference of the shell. The frequency response function was reciprocally measured at each point in turn. The response data was processed to obtain the frequency/wavenumber spectrum. From the spectrum the characteristics of wave propagation on the ribbed cylindrical shell have been observed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.620-628
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2005
Spatial control of sound is essential to deliver better sound to the listener's position in space. As it can be experienced in many listening environments, the quality of sound can not be manifested over every position in a hall. This motivates us to control sound in a region we select. The primary focus of the developed method has to do with the brightness and contrast of acoustic image in space. In particular, the acoustic brightness control seeks a way to increase loudness of sound over a chosen area, and the contrast control aims to enhance loudness difference between two neighboring regions. This enables us to make two different kinds of zone - the zone of quiet and the zone of loud sound - at the same time. The other perspective of this study is on the direction of sound. It is shown that we can control the direction of perceived sound source by focusing acoustic energy in wavenumber domain. To begin with, the proposed approaches are formulated for pure-tone case. Then the control methods are extended to a more general case, where the excitation signal has broadband spectrum. In order to control the broadband signal in time domain, an inverse filter design problem is defined and solved in frequency domain. Numerical and experimental results obtained in various conditions certainly validate that the acoustic brightness, acoustic contrast, direction of wave front can be manipulated for some finite region in space and time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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