穿孔消声结构声学特性时域仿真分析

摘要

穿孔消声结构声学特性计算方法可分为频域法和时域法。相比较而言，时域法通过模拟声波传播的过程可以很好地考虑复杂气体流动、热粘性、高声压级噪声非线性因素对声学特性的影响。但是，穿孔消声结构具有大量小孔，结构比较复杂；并且，在应用时域方法计算时，除了消声器本身结构以外还需要较长的上下游连接管来分离入射信号和透射信号；计算模型大、计算成本高。为此，本文开展时域方法的改进研究和穿孔消声结构声学特性的仿真与分析。
　　开展了基于平面声波分离法和无反射边界条件的时域脉冲改进方法研究，介绍了该改进时域方法的基本原理及相关数据的处理过程。将消声器计算模型进出口都设置为无反射边界条件，这可以消除在进出口处出现的反射波。时域计算完成后，在计算模型的上游监测点应用声波分离法分离出时域入射波信号，而时域透射波信号可直接在下游监测点得到。然后，将以上时域信号转换成频域信号，进而可获得消声器的声学性能。与传统的时域脉冲法相比，该方法的计算模型较小，相应的计算效率较高。同时，通过上、下监测点处声学量的变化情况，详细地说明了平面声波分离法应用的合理性。最后，使用该方法预测了直通穿孔管消声器在有流和无流情况下的声衰减特性；并将预测结果与实验结果进行对比，证明了该改进方法的可行性。
　　为考察高声压级的非线性效应，开展了应用时域法对直通穿孔管消声器声学非线性现象的研究。首先，详细介绍了基于白噪声信号的时域方法。然后，用此时域方法计算直通穿孔管消声器在高声压级噪声条件下的传递损失，计算结果得到了实验结果的验证。接着，以直通穿孔管消声器为例，研究了不同高声压级声波入射情况下的非线性声衰减特性，并总结出了变化规律。
　　将时域方法扩展应用于计算无流条件下穿孔板的声阻抗。根据穿孔声阻抗的实验模型建立了时域CFD计算模型，并通过有限元法验证了时域法和此CFD计算模型用于预测穿孔声阻抗的有效性。接着，依据单孔声阻抗模型推导出了穿孔板声阻抗的近似表达式，并分析了与温度有关的参数。然后，考虑到计算能力有限和计算结果的准确性，对CFD计算模型中所含孔数进行了定性的研究，得出了CFD计算模型所含孔数的选择原则。最后，利用时域法对不同温度下的不同穿孔率的穿孔声阻抗模型选择了合适的CFD计算模型进行了研究。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 消声器声学性能参数

1.3 消声器及穿孔结构的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 时域CFD方法

2.1 引言

2.2 流体运动控制方程

2.3 离散及求解方法

2.4 网格划分

2.5 基于脉冲信号的时域CFD方法

2.6 本章小结

第3章 基于声波分离的时域CFD方法

3.1 引言

3.2 声波分离法

3.3 基于声波分离的时域脉冲法

3.4 实例验证与分析

3.5 本章小结

第4章 穿孔管消声器声学非线性现象研究

4.1 引言

4.2 基于白噪声信号的时域CFD方法

4.3 实例验证

4.4 高声压级下穿孔管消声器声学特性分析

4.5 本章小结

第5章 高温条件下穿孔结构声阻抗计算与分析

5.1 引言

5.2 穿孔声阻抗模型

5.3 时域CFD计算

5.4 穿孔声阻抗计算

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢