Acoustic black holes for sound trapping and aerosol agglomeration: a numerical study

Abstract

[ES] La presente tesis presenta una investigación multidisciplinar que combina acústica, dinámica de fluidos, aeroacústica y metamateriales para diseñar un dispositivo de amortiguación acústica único basado en el novedoso efecto ABH. Este efecto se produce en un conducto de propagación de ondas cuando la onda acústica experimenta un aumento gradual de la admitancia acústica a lo largo de su dirección de propagación, lo que normalmente se consigue variando las estructuras de cavidad dentro de los metamateriales. Como resultado, la velocidad de la onda se reduce gradualmente hasta cero cerca de la salida, con un aumento teórico de la fase hasta el infinito, lo que provoca que la onda tarde un tiempo infinito en reflejarse, especialmente en un sistema ABH cerrado. Sin embargo, en el análisis actual, consideramos un silenciador ABH abierto, en el que la velocidad de la onda disminuye a la mitad de su valor inicial, produciéndose aún algunas reflexiones.

[EN] The current thesis presents multidisciplinary research combining acoustics, fluid dynamics, aeroacoustics, and metamaterials to design a unique acoustic muffling device based on the novel ABH effect. This effect occurs in a wave propagation duct when the acoustic wave experiences a gradual increase in acoustic admittance along its propagation direction, typically achieved by varying the cavity structures within metamaterials. As a result, the wave speed gradually reduces to zero near the outlet, with phase theoretically increasing to infinity, causing the wave to take an infinite time to reflect, particularly in a closed ABH system. However, in the current analysis, we considered an open ABH muffler, where the wave speed decreases to half of its initial value, with some reflections still occurring.