淺談那些年里被COMSOL拿捏過的...
COMSOL
多孔介質聲學是近幾年發展起來的應用性很強的聲學分支。1956年Biot提出流體飽和多孔介質聲傳播理論,奠定了該聲學分支的理論基礎。1980年Plona用實驗證實在流體飽和多孔介質中存在包括Biot慢縱波在內的三種體聲波,對Biot理論的研究和應用起了巨大的推動作用。后來,人們對Biot理論進行了多方面的修正、完善,使其成為最成功的多孔介質聲學理論,并廣泛應用于資源的聲波勘探和其它領域。
接下來研究的泡沫鋁是通過金屬與氣體的共品凝固產生，其內部儲藏大量氣體和骨架通道，當聲波傳播至材料內部時，由于材料內部具有許多微小間隙和縱橫交錯連續貫通的氣泡，局部共振和摩擦會導致部分聲能轉化為內能從而起到很好的隔音降噪能力。
COMSOL
下面基于Ｄｅｌａｎｙ－Ｂａｚｌｅｙ －Ｍｉｋｉ 多孔介質聲學模型，來構建泡沫鋁阻性消聲器的三維幾何模型和聲學模型，運用 ＣＯＭＳＯＬ 有限元軟件計算原泡沫鋁阻性消聲器的傳遞損失。
幾何建模
首先利用COMSOL有限元軟件對泡沫鋁阻性消聲器進行了三維幾何建模，其中穿孔管位于膨脹腔內部并于進出口兩端相連。
圖1 泡沫鋁阻性消聲器三維幾何模型
圖2 泡沫鋁阻性消聲器內部穿孔管
控制方程
泡沫鋁阻性消聲器內部存在兩種介質：空氣和泡沫鋁吸聲材料。對于均質吸聲材料中的聲波，需要在理想靜態氣體聲波方程的基礎上進行修改以考慮孔隙率、流阻率和結構因子的影響。得到的修正聲波方程如下所示：
邊界條件
在傳遞損失的計算中主要需要用到的幾種邊界條件如下所示：
1. 硬聲場邊界，適用于聲場的固定邊界與對稱邊界。
2. 平面波輻射邊界，適用于消聲器的進出口邊界。
給定入射聲壓 ｐｉ時有：
3. 內部多孔管邊界，適用于消聲器的穿孔區域。
式中，角標“1”、“2”代表穿孔管的兩側；μ表示動力粘度系數；σ表示孔隙率；tp表示壁厚；dh表示孔徑；δh表示端部修正；θf表示流阻。
4. 內部硬聲場邊界，適用于聲場內部固體邊界。
材料定義
在COMSOL中定義消聲器內部流體材料為空氣、吸聲材料為泡沫鋁、內部板為穿孔管。
表1 空氣基本屬性參數
表2 泡沫鋁材料基本屬性參數
表3 內部穿孔管基本屬性參數
傳遞損失
傳遞損失定義為出口無反射端時，消聲器進口處入射聲功率級與出口處透射聲功率級之差,表示為：TL=KWi-KWt=10lg(Wi/Wt)
在應用COMSOL軟件對消聲器的聲學性能進行聲學仿真時，其進出口邊界均被定義為平面波輻射邊界，則其出口聲壓即為透射聲壓，而入射聲壓為給定值 。故只用利用出口聲壓就可以求得消聲器的傳遞損失，即：
網格劃分
圖3 泡沫鋁阻性消聲器聲學網格
COMSOL
當頻率范圍在100-2200Hz左右時，泡沫鋁阻性消聲器消聲性能隨著頻率的增大而不斷升高，峰值約為72dB。之后隨著頻率的不斷增加其消聲性能不斷降低。
圖4 泡沫鋁阻性消聲器傳遞損失
本文來自：COMSOL仿真交流
工程師必備
- 項目客服
- 培訓客服
- 平臺客服
TOP
