学术前沿 | 具有宽带宽和亚波长厚度的紧凑型蜂窝通风声屏障

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · 科技自媒体 · 2024-08-18 21:35

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在这项研究中，我们提出了一种具有蜂窝状外观的通风隔音板，以克服在小型化尺寸下同时获得通风能力、宽带宽和绝缘性能的挑战。六边形晶胞包括一对双平行中空通道，并与蜿蜒的气流路径互连，以减少谐振引起的传输泄漏，实现宽带隔音，同时保持空气流通和紧凑的尺寸。每个晶胞的亚波长厚度为 0.06 λ，紧凑体积为 6.24 × 10 λ，其中 λ 对应于带宽的最低频率。该装置采用等效声阻抗模型进行理论分析，考虑了窄管内声波传播的弯曲通道效应和热粘性损耗。该电路模型提供了优化几何参数以获得所需频率响应的设计指南。将电路仿真与考虑导热效应和粘性损失的 3D 有限元仿真进行比较。单元模拟结果显示，其隔音带宽范围为 427 Hz 至 5979 Hz，声能隔离率为 90%。为了进行实际检查，制作了 3D 打印原型并将其插入直径为 10 厘米的商用阻抗管系统中。实验结果表明，其声音过滤带宽范围为 422 Hz 至 1800 Hz，通风能力为 12%。所提出的具有宽带隔音和充足空气流通的薄板具有潜在的应用，例如高速列车和工厂的降噪以及医院的消音。

本研究提出了一种基于蜂窝的通风元面板，具有紧凑的尺寸，足够的通风和宽带隔音。每个六边形单元单元的超薄厚度为0.06 λ，紧凑体积为6.24×10−5λ3，其中λ对应滤波带宽的最低频率。与传统的双通道通风超材料相比，这项工作的主要贡献是引入了一种连接双通道的弯曲气管，以抑制共振引起的传输泄漏，实现宽带隔声。利用等效声阻抗模型对该器件进行了理论分析。与有限元仿真相比，所提出的等效电路模型的主要优点是，它提供了一个有效的设计指导方针，并大大节省了计算资源。所有的模拟都考虑了导热系数损失、粘性损失和弯曲管道的高精度效应。该装置显示了一个从427 Hz到5979 Hz的宽停止频带，这涵盖了人类对耳朵敏感的频率范围。对于直径为10 cm的商业阻抗管系统，模拟和测量结果表明，其隔音范围为422 Hz至1800 Hz，空气通风能力为12 %。因此，提出的互连管和蜂窝外观有利于通风元面板和透明窗口，具有宽带降噪。

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