管道及消聲器聲學(xué)計(jì)算的時(shí)域脈沖法應(yīng)用研究.pdf

1、消聲器廣泛應(yīng)用于降低管道內(nèi)傳播的噪聲，其聲衰減性能的計(jì)算方法可分為兩種：頻域法和時(shí)域法。頻域法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快，其主要缺點(diǎn)是不能很好地考慮介質(zhì)流動(dòng)和粘性對(duì)聲傳播及衰減的影響。時(shí)域方法直接求解質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程，并且保留了方程中的非線性項(xiàng)，可以較好地處理復(fù)雜氣流流動(dòng)、介質(zhì)粘性和熱傳導(dǎo)效應(yīng)對(duì)消聲器內(nèi)聲傳播及管口聲輻射的影響。為此，本文采用時(shí)域方法研究消聲器和管路系統(tǒng)的聲學(xué)特性。
　　將時(shí)域脈沖法應(yīng)用于計(jì)算無(wú)流時(shí)簡(jiǎn)單膨脹腔消聲器

2、、外插進(jìn)出口管膨脹腔消聲器、雙級(jí)膨脹腔消聲器、直通穿孔管消聲器、橫流穿孔管消聲器和混合膨脹腔消聲器的傳遞損失，并與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果、有限元法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，時(shí)域脈沖法能夠精確預(yù)測(cè)抗性消聲器的聲衰減性能。有限元計(jì)算中使用穿孔阻抗表述穿孔結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性，穿孔阻抗經(jīng)驗(yàn)公式的準(zhǔn)確性和適用性直接影響消聲器傳遞損失的計(jì)算精度。而時(shí)域法對(duì)于穿孔進(jìn)行實(shí)體建模，在計(jì)算中可以考慮穿孔附近的非線性效應(yīng)，提高了計(jì)算結(jié)果的精度。此外，時(shí)域計(jì)算中使用多孔

3、介質(zhì)模擬吸聲材料，粘、慣性阻力系數(shù)的推導(dǎo)和多孔介質(zhì)處網(wǎng)格質(zhì)量的高低決定了時(shí)域法的預(yù)測(cè)精度。
　　以穿孔管消聲器為例，使用時(shí)域脈沖法研究了氣流流動(dòng)和溫度對(duì)于消聲器聲衰減性能的影響。通過(guò)對(duì)比分析可知，時(shí)域法預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果吻合較好，且優(yōu)于FEM計(jì)算結(jié)果。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明氣流速度和溫度會(huì)影響穿孔管消聲器的聲學(xué)性能。隨著流速的增加，在多數(shù)頻率范圍內(nèi)穿孔管消聲器的傳遞損失增大。氣流溫度升高時(shí)，消聲器的傳遞損失曲線向高頻方向移動(dòng)，共振峰

4、值有所降低。
　　使用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)在無(wú)流和有流條件下測(cè)量了雙級(jí)膨脹腔消聲器的傳遞損失，并與時(shí)域脈沖法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。在考慮的頻率范圍內(nèi)，測(cè)量結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果整體吻合較好，但測(cè)量曲線中有鋸齒形波動(dòng)，且隨著馬赫數(shù)的增加測(cè)量精度降低。為此，對(duì)原實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行局部改動(dòng)，使用快速正弦掃頻信號(hào)和同步時(shí)域平均技術(shù)以提高聲源信號(hào)的信噪比。通過(guò)對(duì)比分析可知，直通穿孔管消聲器傳遞損失的測(cè)量結(jié)果不僅與時(shí)域脈沖法的預(yù)測(cè)結(jié)果吻合較好，而且測(cè)量曲線的波動(dòng)減

5、小了。
　　將時(shí)域脈沖法應(yīng)用于研究無(wú)流和有流條件下圓形管道的反射系數(shù)幅值，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果、邊界元法(BEM)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。由對(duì)比分析可知，無(wú)流條件下時(shí)域法可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)管口的聲學(xué)特性，考慮氣體流動(dòng)時(shí)時(shí)域法的預(yù)測(cè)結(jié)果在亥姆霍茲數(shù)較小的區(qū)域存在計(jì)算誤差，原因是計(jì)算模型的出口使用的是有反射邊界條件。氣流流動(dòng)和管道出口角度對(duì)于管口的聲學(xué)特性有一定的影響。有氣流流動(dòng)時(shí)，反射系數(shù)幅值隨著亥姆霍茲數(shù)的增加先升高后降低；隨著氣流馬赫數(shù)的增加，

6、反射系數(shù)的幅值增大，曲線中峰值對(duì)應(yīng)的亥姆霍茲數(shù)也增大。相比于直切口管道而言，斜切口會(huì)降低管口的反射系數(shù)，且?jiàn)A角越小，反射系數(shù)下降的越快。
　　通過(guò)用戶自定義函數(shù)(UDF)補(bǔ)充水密度的計(jì)算程序?qū)r(shí)域脈沖法擴(kuò)展用于水管路消聲器的聲衰減性能研究。無(wú)流時(shí)分別使用時(shí)域脈沖法和FEM計(jì)算了簡(jiǎn)單膨脹腔消聲器、外插進(jìn)出口管膨脹腔消聲器、雙級(jí)膨脹腔消聲器、直通穿孔管消聲器和橫流穿孔管消聲器的傳遞損失，兩種數(shù)值結(jié)果基本吻合，峰值頻率有細(xì)微偏差，原因可