管道及消聲器聲學計算的時域脈沖法應用研究.pdf

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

2、、外插進出口管膨脹腔消聲器、雙級膨脹腔消聲器、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，并與實驗測量結(jié)果、有限元法計算結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明，時域脈沖法能夠精確預測抗性消聲器的聲衰減性能。有限元計算中使用穿孔阻抗表述穿孔結(jié)構的聲學特性，穿孔阻抗經(jīng)驗公式的準確性和適用性直接影響消聲器傳遞損失的計算精度。而時域法對于穿孔進行實體建模，在計算中可以考慮穿孔附近的非線性效應，提高了計算結(jié)果的精度。此外，時域計算中使用多孔

3、介質(zhì)模擬吸聲材料，粘、慣性阻力系數(shù)的推導和多孔介質(zhì)處網(wǎng)格質(zhì)量的高低決定了時域法的預測精度。
　　以穿孔管消聲器為例，使用時域脈沖法研究了氣流流動和溫度對于消聲器聲衰減性能的影響。通過對比分析可知，時域法預測結(jié)果與實驗測量結(jié)果吻合較好，且優(yōu)于FEM計算結(jié)果。數(shù)值計算結(jié)果表明氣流速度和溫度會影響穿孔管消聲器的聲學性能。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，消聲器的傳遞損失曲線向高頻方向移動，共振峰

4、值有所降低。
　　使用實驗室現(xiàn)有實驗臺在無流和有流條件下測量了雙級膨脹腔消聲器的傳遞損失，并與時域脈沖法計算結(jié)果進行了對比。在考慮的頻率范圍內(nèi)，測量結(jié)果和預測結(jié)果整體吻合較好，但測量曲線中有鋸齒形波動，且隨著馬赫數(shù)的增加測量精度降低。為此，對原實驗臺進行局部改動，使用快速正弦掃頻信號和同步時域平均技術以提高聲源信號的信噪比。通過對比分析可知，直通穿孔管消聲器傳遞損失的測量結(jié)果不僅與時域脈沖法的預測結(jié)果吻合較好，而且測量曲線的波動減

5、小了。
　　將時域脈沖法應用于研究無流和有流條件下圓形管道的反射系數(shù)幅值，并與實驗結(jié)果、邊界元法(BEM)計算結(jié)果進行了比較。由對比分析可知，無流條件下時域法可以準確地預測管口的聲學特性，考慮氣體流動時時域法的預測結(jié)果在亥姆霍茲數(shù)較小的區(qū)域存在計算誤差，原因是計算模型的出口使用的是有反射邊界條件。氣流流動和管道出口角度對于管口的聲學特性有一定的影響。有氣流流動時，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，曲線中峰值對應的亥姆霍茲數(shù)也增大。相比于直切口管道而言，斜切口會降低管口的反射系數(shù)，且夾角越小，反射系數(shù)下降的越快。
　　通過用戶自定義函數(shù)(UDF)補充水密度的計算程序?qū)r域脈沖法擴展用于水管路消聲器的聲衰減性能研究。無流時分別使用時域脈沖法和FEM計算了簡單膨脹腔消聲器、外插進出口管膨脹腔消聲器、雙級膨脹腔消聲器、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，峰值頻率有細微偏差，原因可