学术前沿 | 声波在黑洞中的吸收：宽带腔共振的波减速效应

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-04-19 21:44

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对于具有有限数量内部环的管道中的超声波黑洞（SBH）结构的能量耗散机制尚未得到充分理解。其中，尚未明确揭示主导能量耗散区域以及SBH诱导的波减速效应、腔体共振和最终声吸收之间的内在关系。为了解决这些问题，通过有限元素（FE）模拟进行了数值分析，适当考虑了SBH中的热粘性损失以进行声吸收评估和声吸收机制探索。通过与来自阻抗管测试的实验数据的比较，验证了FE模型的准确性。首先分析内部环壁附近为主要的能量耗散区域，主要耗散源来自腔体共振引起的高压梯度导致的强烈摩擦。此外，SBH诱导的波减速效应导致单个腔体的共振行为从具有单一共振峰的传统窄带共振变为具有多个共振峰的宽带共振，同时共振频率下降。总之，连锁效应最终导致低频率和宽带声吸收。本文所进行的研究可以提供更好的SBH设计的指导建议。

总之，我们对有限内环数的离散SBH结构的吸声机制进行了全面调查。我们的研究结果表明，粘性和热耗散主要发生在环的内边缘附近，而耗散的主要来源是因腔共振产生的强摩擦而导致的该有限区域内的强烈摩擦。此外，除了SBH的阻波效应外，由环隔板分隔的腔体的共振行为与具有恒定声速的传统窄带腔体有很大的不同。由于SBH结构的慢波效应具有频率依赖性，SBH结构中的腔体在感兴趣的频率范围内表现出宽带特性，具有多个共振峰，从而导致了多个吸收峰和扩大的吸声效果。因此，观察到的SBH低频和宽带吸收性能源于几个关键因素的协同作用，即SBH诱导的阻波效应、其产生的宽带腔体共振和频率下移效应，以及连续和空间变化的共振腔体的级联效应。

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