有效计算穿孔的声传递阻抗

2016年9月29日

例如,在消声器中,穿孔可以使腔室以及管道之间和外部之间的部分声音传递。在模拟穿孔时,可以绘制每个孔并隔离每个孔,但这增加了解决模型所需的时间。对于更有效的方法,我们可以应用半透明边界。在这里,我们将讨论这样做的几种技术,并描述一种计算穿孔传递阻抗的方法。

代表穿孔的技术

例如,假设您几乎完成了消音器模型的几何形状。这没什么好想的,只有几个代表管道的圆柱体和一个挤出的椭圆形,形成主腔室。然后它打动您:管道中的某些部分和分隔室的挡板需要穿孔 - 而不仅仅是在此处或那里放置一个孔。在这种情况下,您可以使用大批绘制任意大量孔的工具,但是网格和解决所得几何形状会花费太多时间和内存。

消音器的几何形状,包括穿孔部分中的几千个孔。
消音器几何形状的细节,包括由几千个孔组成的穿孔部分。

不要害怕 - 有更好的解决方案。最简单,最方便的方法是绘制穿孔区域的轮廓并应用内部穿孔板健康)状况。然后,我们提供特性,例如孔径和板厚度,并获得代表穿孔的部分透明表面。

在许多情况下,这种方法的准确性满足了我们的模拟需求。但是,如果我们推动基础工程关系的有效性限制,则准确性可能会受到损害。例如,很小的孔彼此离太近,或者具有非圆形形状会产生较少的可靠结果。

图像显示带有边界而不是穿孔的消音器几何形状。
现在,穿孔的相同消音器几何形状被施用的边界所取代穿孔板或者内部阻抗健康)状况。

更一般的替代方案内部穿孔板条件是内部阻抗健康)状况。这使我们能够指定复杂值的转移阻抗,该阻抗代表了穿孔跨压力下降与通过其正常粒子速度之间的比率。这内部穿孔板条件是特殊的预定义版本的内部阻抗健康)状况。阻抗的值可以基于进口的测量数据或分析表达。如果我们缺乏转移阻抗或良好分析表达的值得信赖的测量,则阻抗可以基于数值结果。如下所述,该方法使以数字模型对阻抗进行建模变得简单。

计算穿孔的转移阻抗

下图显示了我们在我们中描述的这种模型中所考虑的穿孔穿透性教程的转移阻抗。该模型背后的原理非常简单:我们将平面波向孔发送,然后从其跨它的压力差以及通过它的平均速度中计算出传输阻抗。

仿真结果描述了穿孔和模型域。
根据局部声速场彩色的模型域的穿孔表示。

示例模型利用了可用的对称性,仅占据了四分之一的孔本身以及孔之间的一半距离。在这种情况下,孔的直径为1毫米,这足够小,我们必须考虑热雾的边界层和损耗。为了解释这些因素,我们可以使用热门声学界面。

屏幕截图在comsol多物理学中显示背景声场节点。

要发送飞机波,我们使用背景声场节点,主要压力声学最近已添加到热门声学界面。它是飞机波选项发送压力,速度和温度分布,对应于具有粘性和热衰减的平面波。我们通过在模型域上方和下方添加完美匹配的图层来限制模型。

有关穿孔消声器中的转移阻抗的更多信息,我们建议您使用热雾气阻抗块模型。除了计算穿孔的转移阻抗外,此示例还演示了如何在整个消声器的模型中使用结果,从而总结并开车回家此博客文章的消息。

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评论(2)

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伊瓦尔·凯尔伯格(Ivar Kjelberg)
伊瓦尔·凯尔伯格(Ivar Kjelberg)
2016年10月3日

嗨,谢谢您的一个有趣的博客,现在我保持“饥饿”之后

据我了解,对于声学方面来说,穿孔的膜被视为“硬墙”,但是如果膜真的很薄,并且在声音压力下也会伸展和变形,您能否进一步详细说明我们如何可能如何制作一个周期性的多物理模型,还要考虑到周期性的子模型上的声学结构耦合,然后外推到一般的多物理模型,以解决声学和变形结构?
我已经注意到它大多很容易建模一个小的子结构,但是随后我经常有一些疑问如何将其正确实现到更大的模型中,以及如何验证这个较大的模型。

期待下一个博客
真挚地
伊瓦

Linus Andersson
Linus Andersson
2016年10月20日

嗨,伊瓦,

这是一个非常有趣的问题。对于一些背景,如果考虑到常规,不受欢迎的消音器墙的灵活性,则传输损失往往与大部分频率范围内的刚性情况相似。但是,您确实会在结构共振上得到明显的尖峰。例如,请参见//www.dvdachetez.com/model/absorptive-muffler-with-shells-14717

我不能说我对这个话题有很多了解,但是我想您可以期望穿孔的墙壁弯曲。为了高估而不是低估结构共振,您可以在相关频率附近运行模型时跳过穿孔。这将仿真变成了标准的声壳相互作用。

有了一些工作,我确实认为应该同时包括穿孔的结构变形,又可以通过其孔中的声音变速器。我建议您将单元电池模型保持原样,即用刚性墙壁。然后,在完整的消音器的模型中,您包括一个外壳_和_单位电池的传输阻抗。您需要修改或覆盖自动的声学结构边界条件,以实现这一目标。

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