学术前沿 | 热黏性流和流体流动对通风声学超材料迷宫影响的模型分析和实验研究

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-11-11 21:12

正文

在许多噪音情况下，通风是必要的。在保证通风的前提下降低噪声的实际实现是一个亟待解决的问题。本文提出了一种通风的声学超材料迷宫（VAML），并考虑了热粘性效应（TVE），建立了相应的解析和数值计算模型。定量地得到了VAML的声传输损失，并进行了实验验证。将理论结果与实验结果进行了比较，误差为0.6%。通过比较传输系数和侧支入口的阻抗，分析了TVE对VAML性能的机理，阐明了TVE是声吸收系数的原因。分别分析了结构参数对VAML传输系数的影响。分别分析了结构参数对VAML透射系数的影响。结果表明，系统的谐振频率随着通道1 l1的长度、通道2 l2的长度和通道d的宽度的增加而减小。通过调整这三个参数的大小，可以实现对谐振频率的控制。同时，随着l1、l2和通风半径R的减小，传输系数谷的减小，意味着降噪效果更好。最后，分析了流速对透射系数的影响，揭示了流体对宏观声学性质的作用机理。

本文提出了一个通风的声学超材料迷宫，并建立了相应的解析模型。定量地得到了VAML侧分支入口的传输系数、STL和阻抗。对TVE进行了比较分析，并阐述了其影响规律。通过相应的数值计算模型和实验，验证了解析模型的准确性。并对其结构参数进行了定量分析。最后，揭示了流体流动速度对透射系数的影响规律。由此得出以下结论：

(1)VAML中特定频率波的共振产生了一个具有一定带宽的峰值STL，说明所提出的VAML可以在保证通风的同时实现噪声衰减。

(2)由于TVE，VAML在侧支的入口处有一个阻抗不完全匹配。因此，在共振频率下的传输系数不是0，并导致一个吸收系数。在近壁区域，散热量大于粘性耗散量。

(3)结构参数分析结果表明，谐振频率随着通道1长度l1、通道2长度l2和通道宽度d的增加而减小。此外，随着l1、l2和通风半径R的增加，传输系数的谷值增大，说明降噪效果减弱。信道宽度d与传输系数的谷值呈负相关。