comsol 吸收式消聲器

1、吸收式消聲器本案例描述內(nèi)燃機(jī)消聲器壓力波傳播過(guò)程，目的是表明如何分析聲阻抗衰減情況。介紹該示例描述了用于內(nèi)燃機(jī)的消聲器中的壓力波傳播。這里使用的方法通常適用于分析傳播的壓力波的阻尼以及確定給定系統(tǒng)的傳輸特性。該模型顯示了如何分析壓力聲學(xué)中的電感和阻尼阻尼。主要輸出是50Hz-1500Hz頻率范圍內(nèi)的傳輸損耗。它被表示為連續(xù)曲線(xiàn)并且在1/3倍頻程帶中給出。還可參見(jiàn)消聲器中的應(yīng)用Eigenmodes，其計(jì)算消聲器的主腔室中的傳播模式。模型定義圖1所示的消聲器由一個(gè)24升的諧振腔組成，每端有一個(gè)中心排氣管。該模型首先設(shè)置假設(shè)腔室是空的。其次，它襯有15毫米的吸收玻璃棉。-100圖1：內(nèi)襯消聲器的幾何

2、形狀，內(nèi)襯是主消聲器體積中的外層。廢氣通過(guò)左管進(jìn)入并通過(guò)右管離開(kāi)。域方程該模型使用壓力聲學(xué)，頻域接口解決頻域中的問(wèn)題。模型方程是針對(duì)聲壓p的Helmholtz方程的略微修改的版本：其中p是密度，c是聲速，是角頻率。在被建模為Poroacoustics域的吸收玻璃棉中，阻尼以復(fù)聲速度cc=/kc和復(fù)雜密度pc=kcZc/進(jìn)入方程，其中kc是復(fù)波數(shù),Zc等于復(fù)阻抗。這是用于多孔區(qū)域的所謂的等效流體模型，其中損耗以均勻化的方式建模。對(duì)于具有剛性骨架的高度多孔材料，Delany和Bazley的公知模型估計(jì)這些參數(shù)作為頻率和流動(dòng)電阻率的函數(shù)。使用Delany和Bazley的原始系數(shù)（參考文獻(xiàn)1）,表達(dá)式

3、是其中Rf是流動(dòng)電阻率，其中ka=/ca和Za=paca分別是空氣的自由空間波數(shù)和特征阻抗。這是Poroacoustics域特征中默認(rèn)選擇的多孔模型。根據(jù)當(dāng)前的情況，這里可以選擇幾種多孔模型。您可以在表中找到流動(dòng)電阻率，參見(jiàn)例如參考文獻(xiàn)。4或通過(guò)測(cè)量。對(duì)于玻璃羊毛狀材料，Bies和Hansen（參考文獻(xiàn)2）給出了經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性其中pap是材料的表觀(guān)密度，dav是平均纖維直徑。該模型使用相當(dāng)輕質(zhì)的玻璃棉，pap=12kg/m3，dav=10ym。P/P/注意：Delany-Bazley模型對(duì)于高達(dá)的值有效，因此1500Hz的頻率上限確保了孔聲學(xué)模型適用。邊界條件邊界條件有三種類(lèi)型。在固體邊界處，其是

4、諧振腔和管的外壁，該模型使用聲音硬（壁）邊界條件。該條件強(qiáng)加在邊界處的法向速度為零。入口處的邊界條件包括入射和出射平面波的組合（參見(jiàn)參考文獻(xiàn)3和更多細(xì)節(jié)的文檔）。該邊界條件總是有效的，只要頻率保持在管中第二傳播模式的截止頻率以下。在該頻率之上僅對(duì)傳播平面波分量進(jìn)行建模。在出口邊界處，模型指定出射平面波的輻射條件。結(jié)果與討論在沒(méi)有襯里材料的吸收消音器中的壓力分布在圖2中針對(duì)頻率f=1500Hz示出。從圖中可以看出，在該頻率下，不僅存在縱向駐波，而且存在橫向模式。圖2：在消聲器中表示為等氣壓表面圖的壓力。消聲器的一個(gè)重要參數(shù)是傳輸損耗或衰減。它被定義為輸入和輸出聲能之間的比率。聲能的衰減或傳輸損耗

5、dw（以dB為單位）定義為這里win和wout分別表示入口處的輸入功率和出口處的輸出功率。您可以在相應(yīng)的入口和出口表面上計(jì)算這些量中的每一個(gè)作為積分。假設(shè)平面波傳播的表達(dá)式是毗二j煖心二歸也R-nliMbuJOn-o-1”85畧罩8M_EcM-wodTransmifjii5nLM1L1/1Octa帕ECh號(hào)口-老SE也孟雪0匸-EQZHI-圖3：空消聲器和具有吸收襯里的消聲器的傳輸損失與頻率的函數(shù)的比較。（頂部）傳輸損耗表示為連續(xù)曲線(xiàn)。前四個(gè)傾角是由于縱向共振。在具有吸收襯里的消聲器中，凹陷仍然存在，但是總體趨勢(shì)是頻率越高，阻尼越好。（底部）相同的數(shù)據(jù)，但是以1/3倍頻程帶描繪。圖3（頂部和底

6、部）顯示參數(shù)頻率研究的結(jié)果。兩個(gè)圖表示沒(méi)有任何吸收襯里材料（藍(lán)線(xiàn)）的空消聲器的情況和在室的壁（綠線(xiàn)）上具有一層玻璃棉襯里的情況。在上圖中，傳輸損耗被描繪為連續(xù)的曲線(xiàn)（純音掃描），而在底部的圖中被描繪為1/3倍頻程的頻帶。兩個(gè)圖都是使用聲學(xué)模塊的八度頻帶圖創(chuàng)建的。無(wú)阻尼消音器的圖表顯示阻尼對(duì)于大多數(shù)低頻率工作得相當(dāng)好。在高于大約1250Hz的頻率處，圖的行為更復(fù)雜，并且通常具有更少的阻尼。這是因?yàn)閷?duì)于這樣的頻率，管不僅支持縱向共振而且支持橫截面?zhèn)鞑ツＪ?。在該頻率之上不是非常遠(yuǎn)，作為該傳播模式和縱向模式的組合的整個(gè)范圍的模式參與，使得阻尼特性越來(lái)越不可預(yù)測(cè)。對(duì)于這些模式的分析，請(qǐng)參閱消聲器中的相關(guān)

7、模型Eigenmodes。玻璃纖維襯里改善了在共振頻率以及在較高頻率下的衰減。消聲器中的能量流在圖4中以1500Hz示出，沒(méi)有襯里。該圖表示被描繪為流線(xiàn)的強(qiáng)度場(chǎng)。強(qiáng)度是根據(jù)定義的強(qiáng)度的時(shí)間平均值，并且因此表示系統(tǒng)中的平均能量流。這里從入口到出口。在解決方案和頻率之間的變化來(lái)研究和可視化消聲器的吸聲特性。frrqCj1StrrAnTilaiipnlrnsiity圖4：在1500Hz下沒(méi)有襯里的強(qiáng)度流線(xiàn)。關(guān)于COMSOL實(shí)現(xiàn)的注釋此型號(hào)使用聲學(xué)模塊提供的壓力聲學(xué)接口。此接口具有內(nèi)置Poroacoustics功能的Delany-Bazley系數(shù)。Delany-Bazley是所謂的一個(gè)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?/p>

8、需要提供的唯一的阻尼參數(shù)是流動(dòng)電阻率。參數(shù)求解器提供一個(gè)頻率范圍的結(jié)果。軟件使用邊界積分耦合算子計(jì)算功率表達(dá)式中的積分并繪制得到的傳輸損耗與頻率的關(guān)系。參考文獻(xiàn)M.A.DelanyandE.N.Bazley,“AcousticPropertiesofFibrousAbsorbentMaterials,”Appl.Acoust.,vol.3,pp.105116,1970.D.A.BiesandC.H.Hansen,“FlowResistanceInformationforAcousticalDesign,”Appl.Acoust.,vol.13,issue5,Sept./Oct.,pp.357391,1980.D.GivoliandB.Neta,“High-orderNon-reflectingBoundarySchemeforTime-