非規(guī)則截面消聲器的傳遞損失計(jì)算

1、非規(guī)則截面消聲器的傳遞損失計(jì)算0引言消聲器是一種在允許流體通過的同時，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置，在消聲器的設(shè)計(jì)及評價中，常常采用僅與消聲器本身特性有關(guān)的傳遞損失作為評價其聲學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)，隨著消聲器快速開發(fā)和改進(jìn)的需求、聲學(xué)仿真軟件的快速推廣和計(jì)算機(jī)資源的豐富，三維聲學(xué)仿真軟件在消聲器研發(fā)中的地位越來越重要，因此如何通過聲學(xué)軟件快速估算傳遞損失，成為消聲器的消聲性能的評估和改進(jìn)環(huán)節(jié)中必須應(yīng)對的問題。然而隨著人們審美提高、消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，逐漸出現(xiàn)了消聲器進(jìn)出口截面不規(guī)則的情況。對于這類消聲器，為了能快速得到其傳遞損失，傳統(tǒng)方法因計(jì)算效率較低和現(xiàn)有管道模態(tài)方法不適用于進(jìn)出口為非規(guī)

2、則截面而都宣告失效，因此本文提出借助MSC.Actran聲學(xué)軟件特有的管道模態(tài)功能，它能實(shí)現(xiàn)進(jìn)出口非規(guī)則截面消聲器傳遞損失的快速估算，通過對比驗(yàn)證，證明了該方法的正確性，擴(kuò)展了基于管道模態(tài)的進(jìn)出口非規(guī)則截面消聲器傳遞損失的計(jì)算方法。1 基本理論對于管道截面較小的消聲器，在計(jì)算頻率不高的情況下，管道內(nèi)聲波?？梢哉J(rèn)為以平面波的方式進(jìn)行傳播，但隨著管道截面增大或求解頻率的提高，聲波不再是簡單的平面波，此時必須使用管道模態(tài)相關(guān)理論1，下面將介紹管道模態(tài)相關(guān)理論。2 規(guī)則截面管道傳遞損失計(jì)算和驗(yàn)證本文采用穿孔管消聲器，如下圖2為Sulivan&Croker消聲器模型，消聲器的總長L=0.2572

3、m,擴(kuò)展腔外徑D=0.00762m,穿孔管內(nèi)徑D1=0.0508m,穿孔管外徑D2=0.05242m,壁厚l=0.00081m，孔間距d=0.01132m，孔隙率（正方形排列）為3.8%，穿孔直徑為0.00249m。考慮頻率范圍為3600Hz以內(nèi)，由于模型截面較小，故可以簡化為入口為平面波，試驗(yàn)中排氣速度低于0.3Ma,可以忽略氣流的影響。2.1 傳統(tǒng)方法通過三維軟件建立模型，采用傳遞導(dǎo)納關(guān)系模擬小孔，故無需畫出穿孔管。通過前處理軟件Hypermesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于結(jié)構(gòu)簡單，采用全六面體網(wǎng)格，共計(jì)13984個單元，導(dǎo)出.bdf格式文件。開啟LMSVirtual.Lab聲學(xué)仿真軟件，并進(jìn)入A

4、cousticHarmonicFEM模塊，導(dǎo)入網(wǎng)格文件，設(shè)置單元屬性、定義聲學(xué)材料、聲學(xué)屬性、聲學(xué)網(wǎng)格前處理、定義單元組、定義出入口響應(yīng)點(diǎn)、定義傳遞導(dǎo)納關(guān)系等。采用傳統(tǒng)的平面波定義入口激勵和出口定義全吸聲系數(shù)來模擬無反射邊界2，運(yùn)用相關(guān)文獻(xiàn)3提到的公式計(jì)算傳遞損失。如下圖3可以看出傳統(tǒng)方法計(jì)算的傳遞損失與相關(guān)文獻(xiàn)4中的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基本吻合，證明了傳統(tǒng)方法的正確性。2.2 現(xiàn)有管道模態(tài)方法該方法與傳統(tǒng)方法不同之處在于無需定義出入口響應(yīng)點(diǎn)。義PhysicalDataType為Annular/CircularSpecificDuctModesBoundaryConditon的邊界條件，由2.

5、1可知僅需要定義（0，1）管道模態(tài)，然后在出口定義AutomaticallyMatchedLayerProperty，就可以提交求解。圖4為現(xiàn)有管道模態(tài)方法與傳統(tǒng)方法計(jì)算的傳遞損失差值圖，結(jié)果基本吻合，且由于管道模態(tài)方法通過在入口定義入射聲功率為1W而出口AMLM又可以自動計(jì)算出口聲功率，故可直接估算傳遞損失，從而提高了計(jì)算效率。2.3 改進(jìn)的管道模態(tài)方法借助MSC.Actran聲學(xué)軟件特有的管道模態(tài)技術(shù)，出入口都可以通過管道模態(tài)定義邊界條件，更接近實(shí)際，操作流程與前兩種方法相似。圖5為三種方法結(jié)果對比，三者基本吻合，證明提出的改進(jìn)的模態(tài)方法的正確性。3 非規(guī)則截面進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證本文以Suli

6、van&Croker消聲器幾何模型為藍(lán)本，在保證消聲器長度、穿孔管基本尺寸等不變的情況下，將中間管道改為橢圓形截面（非規(guī)則截面的一種），具體幾何尺寸如下圖6所示。計(jì)算結(jié)果如下圖7所示。定義邊界條件時，采用MSC.Actran特有的“ModalDuct（arbitrary）”來定義，其中包含了管道模態(tài)類型、屬性名稱、屬性ID號、材料屬性、幾何中心、坐標(biāo)軸、截面面積、傳播模態(tài)屬性、所屬Domian等等定義。最后提交求解，進(jìn)行相應(yīng)后處理，如下圖8是傳統(tǒng)方法與改進(jìn)的管道模態(tài)方法傳遞損失差值圖。從圖中可以看出兩者除了個別頻率點(diǎn)誤差較大（在可以接受的范圍內(nèi)），基本吻合，故能使用改進(jìn)的管道模態(tài)方法進(jìn)行非規(guī)則截面消聲器的傳遞損失的快速估算。4 結(jié)論與總結(jié)4.1 通過分析對比傳統(tǒng)方法、現(xiàn)有管道模態(tài)方法和改進(jìn)的管道模態(tài)方法在計(jì)算消聲器進(jìn)出口截面規(guī)則與非規(guī)則的傳遞損失的適用性和效率，得到如下主要結(jié)論：4.2 對于進(jìn)出口規(guī)則截面消聲器的傳遞損失的計(jì)算，采用傳統(tǒng)方法、現(xiàn)有管道模態(tài)方法和改進(jìn)的管道模態(tài)方法都能得到正確的結(jié)果。4.3 傳統(tǒng)方法無論是計(jì)算消聲器進(jìn)出口截面規(guī)則還是非規(guī)則截面，需要復(fù)雜的公式推導(dǎo)得到傳遞損失，效率較低。4.4 現(xiàn)有管道模態(tài)方