Added documentation for exponential horn implementation
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1bfe4e185f
233
lrftubes.lyx
233
lrftubes.lyx
@ -7922,6 +7922,239 @@ Z_{cpm}\left(f\right)=\frac{1}{i2\pi fC_{dyn}\left(f\right)}
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\end_inset
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\end_inset
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\end_layout
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\begin_layout Section
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Exponential horn
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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hon.py/class ExpHorn(Duct)
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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An exponential horn can be modelled using ExpHorn.
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The transfer matrix is derived from Webster's horn equation.
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The solution for an exponential horn is
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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\begin_inset Formula
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\begin{equation}
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p\left(x\right)=C_{1}e^{E_{1}x}+C_{2}e^{E_{2}x},\qquad U\left(x\right)=i\frac{S\left(x\right)}{\rho\omega}\left(C_{1}E_{1}e^{E_{1}x}+C_{2}E_{2}e^{E_{2}x}\right)
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\end{equation}
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\end_inset
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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in which
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\begin_inset Formula $S(x)$
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\end_inset
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is the local cross-sectional area,
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\begin_inset Formula $\rho$
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\end_inset
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is the air density,
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\begin_inset Formula $\omega$
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\end_inset
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is the angular frequency.
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The exponent terms
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\begin_inset Formula $E_{1}$
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\end_inset
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and
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\begin_inset Formula $E_{2}$
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\end_inset
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are given by
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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\begin_inset Formula
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\begin{equation}
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E_{1}=\frac{-m+\sqrt{-4k^{2}+m^{2}}}{2},\qquad E_{2}=-\frac{m+\sqrt{-4k^{2}+m^{2}}}{2}
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\end{equation}
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\end_inset
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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in which
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\begin_inset Formula $k$
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\end_inset
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is the wave number and
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\begin_inset Formula $m$
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\end_inset
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is the flare rate, which is defined as
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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\begin_inset Formula
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\begin{equation}
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m=\frac{1}{L}\ln\left(\frac{S_{R}}{S_{L}}\right)
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\end{equation}
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\end_inset
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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|
with
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\begin_inset Formula $L$
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\end_inset
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being the horn length and
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\begin_inset Formula $S_{R}$
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\end_inset
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|
and
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\begin_inset Formula $S_{L}$
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\end_inset
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being the cross-sectional areas on the right-hand and left-hand side of
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the horn respectively.
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\begin_inset Newline newline
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\end_inset
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\begin_inset Newline newline
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\end_inset
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By setting the solutions on
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\begin_inset Formula $x=0$
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\end_inset
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to
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\begin_inset Formula $p_{L}$
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\end_inset
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and
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\begin_inset Formula $U_{L}$
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\end_inset
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and those on
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\begin_inset Formula $x=L$
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\end_inset
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|
to
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\begin_inset Formula $p_{R}$
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\end_inset
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|
and
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\begin_inset Formula $U_{R}$
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\end_inset
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, the following transfer matrix can be derived:
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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\begin_inset Formula
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\begin{equation}
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T_{ExpHorn}=\frac{1}{E_{2}-E_{1}}\left[\begin{array}{cc}
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|
E_{2}e^{E_{1}L}-E_{1}e^{E_{2}L} & i\frac{\rho\omega}{S_{L}}\left(e^{E_{1}L}-e^{E_{2}L}\right)\\
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||||||
|
i\frac{S_{R}}{\rho\omega}E_{1}E_{2}\left(e^{E_{1}L}-e^{E_{2}L}\right) & -\frac{S_{R}}{S_{L}}\left(E_{1}e^{E_{1}L}-E_{2}e^{E_{2}L}\right)
|
||||||
|
\end{array}\right]
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\end{equation}
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\end_inset
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\end_layout
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\begin_layout Standard
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\begin_inset Note Note
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status open
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\begin_layout Plain Layout
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\begin_inset Formula $p_{L}=p\left(0\right)=C_{1}+C_{2}$
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\end_inset
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\end_layout
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\begin_layout Plain Layout
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\begin_inset Formula $U_{L}=U\left(0\right)=i\frac{S_{L}}{\rho\omega}\left(C_{1}E_{1}+C_{2}E_{2}\right)$
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\end_inset
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\end_layout
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|
\begin_layout Plain Layout
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\begin_inset Formula $p_{R}=p\left(L\right)=C_{1}e^{E_{1}L}+C_{2}e^{E_{2}L}$
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|
\end_inset
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|
\end_layout
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\begin_layout Plain Layout
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\begin_inset Formula $U_{R}=U\left(L\right)=i\frac{S_{L}}{\rho\omega}\left(C_{1}E_{1}e^{E_{1}L}+C_{2}E_{2}e^{E_{2}L}\right)$
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||||||
|
\end_inset
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|
\begin_inset Newline newline
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|
\end_inset
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|
\begin_inset Newline newline
|
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|
\end_inset
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|
Solve for constants
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|
\begin_inset Newline newline
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\end_inset
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|
\begin_inset Formula $C_{1}=P_{L}-C_{2}\rightarrow U_{L}=i\frac{S_{L}}{\rho\omega}\left[E_{1}p_{L}+\left(E_{2}-E_{1}\right)C_{2}\right]$
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|
\end_inset
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|
\begin_inset Newline newline
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\end_inset
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|
\begin_inset Formula $C_{1}=\frac{1}{E_{2}-E_{1}}\left(i\frac{\rho\omega}{S_{L}}U_{L}+E_{2}P_{L}\right),\qquad C_{2}=-\frac{1}{E_{2}-E_{1}}\left(i\frac{\rho\omega}{S_{L}}U_{L}+E_{1}P_{L}\right)$
|
||||||
|
\end_inset
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|
|
||||||
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|
\begin_inset Newline newline
|
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|
\end_inset
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|
\begin_inset Newline newline
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|
\end_inset
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Fill in in solution:
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|
\begin_inset Newline newline
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\end_inset
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\begin_inset Formula $p_{R}=\frac{1}{E_{2}E_{1}}\left[\left(E_{2}e^{E_{1}L}-E_{1}e^{E_{2}L}\right)P_{L}+i\frac{\rho\omega}{S_{L}}\left(e^{E_{1}L}-e^{E_{2}L}\right)U_{L}\right]$
|
||||||
|
\end_inset
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||||||
|
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|
\begin_inset Newline newline
|
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|
\end_inset
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\begin_inset Formula $U_{R}=\frac{1}{E_{2}E_{1}}\left[i\frac{S_{R}}{\rho\omega}E_{1}E_{2}\left(e^{E_{1}L}-e^{E_{2}L}\right)P_{L}-\frac{S_{R}}{S_{L}}\left(E_{1}e^{E_{1}L}-E_{2}e^{E_{2}L}\right)U_{L}\right]$
|
||||||
|
\end_inset
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||||||
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|
\end_layout
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||||||
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\end_inset
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\end_layout
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\end_layout
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\begin_layout Section
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\begin_layout Section
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