基于全局弱式无网格法的管道消声装置声场特性分析研究

摘要

无网格方法是近年来国内外学术界及工程领域的研究热点，被广泛应用于固体力学，动力学以及流体力学的研究，在声学的应用较少。管道声学是一种常见的工程问题，研究噪声在管道流动介质中的传播和衰减特性是声学设计和噪声控制的基础。为避免有网格方法对网格的依赖，将无网格法用于管道三维声场特性的研究。 论文详细介绍了应用全局弱式无网格方法计算分析管道消声装置声学特性的基本过程。使用径向基函数点插值法求解形函数，将声压离散成形函数与场节点声压乘积的形式，利用伽辽金加权残数法构造声波控制方程和边界条件的弱式无网格表达式。开发设计了求解消声器横向模态和简单膨胀腔传递损失的无网格算法程序。计算了管道消声装置二维横向模态和三维消声特性，将计算结果与有限元仿真值和实验数据进行对比分析，验证了全局弱式无网格方法在管道消声装置声学问题计算中的适用性。进而研究了基函数形参和支持域尺寸以及场节点数目对二维声学模态计算精度的影响，以及进出口位置和插管位置对简单膨胀腔消声性能的影响。 全局弱式无网格方法求解消声器横向本征模态和三维传递损失时具有较高的精度，并且需要更少的节点。当支持域尺寸大于2.5倍d c时，形状参数αc在2-3.5之间取值时，计算得到的本征值精度较高。设计进出口外插管的长度使共振频率等于膨胀腔的通过频率，可以有效地改善消声器在平面波域内的消声性能。将进出口布置在高阶模态节线上，可以消除该阶模态的影响，进而提高消声器的隔声量。

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