学术前沿 | 基于Helmholtz谐振腔的三通声优化和基于遗传算法与灰色模型相结合的噪声预测

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-08-06 21:45

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作为供暖、通风和空调（HVAC）系统的关键局部部件，三通的声学特性在很大程度上决定了室内声环境质量。本研究的目的是确定亥姆霍兹谐振腔 (HRC) 对 T 形噪声和声音传输损失 (STL) 的影响。使用 Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) 方程和大涡模拟 (LES) 来预测噪声，并对四个设计变量进行分析：腔宽度、腔高度、出口流量比和孔宽度。结果表明，增加孔宽度对降低三通噪声有积极作用。HRC 可使 T 形件峰值噪声衰减高达 34.81 dB。此外，基于灰色模型（GM）和遗传算法（GA）理论，对亥姆霍兹谐振三通（HRT）的噪声进行了预测，并推导了谐振腔结构参数的噪声预测公式。该研究为优化三通的STL提供了新的视角，并为低噪声三通设计提供了简化的预测方法。

为了研究亥姆霍兹谐振腔（HRC）对三通声学性能的影响，建立了普通三通（NT）模型和亥姆霍兹谐振三通（HRT）模型。首先，采用大涡模拟（LES）来模拟NT和HRT中的流动。然后，基于FW-H方程，对三通噪声进行了预测，并分析了HRC对三通涡流、STL和噪声性能的影响。此外，还采用遗传算法（GA）结合灰色模型（GM）对HRT噪声进行了预测。最后，拟合了HRT结构参数与噪声之间的准则相关性。主要结论可总结如下：

(1)受三通导流效应影响，支流中出现涡芯，产生“分离涡”，并沿支管继续发展。此外，谐振腔产生“泄漏涡”，促进了下游管道中的流体混合强度，使分支气流发展得更快、更充分。在加入一个谐振腔后，分支气流的混合强度的增加导致了贯穿整个频域的噪声的增加。即使在Hc1 = 0.2时，HRT也出现了一个新的峰值声压级（SPL）。然而，随着Hc1的增加，SPL峰值降低。