基于声电类比的低频消音结构优化设计

基于声电类比,设计了与电滤波器性能相似的低频消音结构,并结合传递矩阵法和模拟退火法,构造了声学结构的优化设计策略。首先,采用归一化方法,以四阶切比雪夫高通电滤波器为基准,设计了电学带阻滤波器;然后,基于声电类比,将电路中的电感电容转换为声学结构中的细管和圆柱腔,构造了消音结构原型,并利用传递矩阵法,建立其数学模型,推导声波传递损失表达式;最后,结合声学结构的数学模型和模拟退火法,以有效衰减带宽最大为目标,以消音结构的尺寸参数为变量,对原型结构进行优化设计。结果表明:基于声电类比,能获得合理的消音结构原型,克服了仅依靠经典消音结构进行设计的局限;结合推导的传递损失数学模型和模拟退火法,对消音结构原型进行参数优化,能显著提高其消音效果,表现在传递损失超过20 dB的带宽拓宽至410~2 165 Hz,是优化前带宽的202%,特别是优化后的结构克服了原型结构在466~537 Hz频率内不能实现有效消音的缺陷,获得了连续的大跨度有效带宽,且传递损失曲线平均增幅达22.8%。

基于数值模型的气动噪声预测计算方法研究

本文介绍了气动噪声预测的计算方法及相应的数值仿真模型,其中包括计算气动声学方法(Computational Aero-Acousti)、莱特希尔声类比方法(Lighthill’s Acoustic Analogy)以及混合计算方法。气动噪声预测的关键点在于选择合适的计算方法。本文详细介绍了这些方法的原理和适用范围,特别对ANSYS Fluent中的四种噪声算法进行分析。在具体的算法介绍中,详细探讨了FW-H声学比拟法和宽频噪声声源模型。FW-H声学比拟法通过结合CFD方法和声学类比理论,能够精确预测气动噪声的辐射特性,适用于解决飞行器绕流引起的远场气动噪声分析。通过结合数值模拟和声学理论,宽频噪声声源模型能够提供更精确、更灵活的噪声预测方法。尤其适用于分析流体场壁面的噪声强度分布。论文详细介绍了这些模型的原理、实现方法以及在ANSYS Fluent中的应用,为噪声场的计算与优化提供了思路与指导。

利用声电类比法对微穿孔板阵列吸声性能的研究

针对声学有限元算法计算微孔板阵列吸声系数计算复杂、难以实现这一问题,提出了利用声电类比法计算具有不同吸声带宽的微孔板结构并联构成的微孔板阵列的吸声系数,利用该方法对声波垂直入射、按一定角度斜入射和从各个角度漫入射时的吸声系数进行理论计算,并利用阻抗管法进行垂直入射时吸声系数测试实验。结果表明,通过调节微穿孔板阵列的不同单元的深度,可以使其吸声系数在3个倍频程范围内达到0.6以上,得到较为理想的吸声结构,理论与实验结果吻合较好。

热声回热器频谱特性的研究——网络类比法的应用

采用网络类比法对回热器热声效应机理进行描述 ,并建立起网络类比数学模型 ,采用该模型对回热器不同填料的频谱特性进行了分析和比较。为回热器填料的选择以及回热器与热机系统频率的匹配提供理论依据。

基于Lighthill声类比法的外啮合齿轮泵流致噪声特性研究

为深入了解外啮合齿轮泵运行中流致噪声规律,基于CFD和Lighthill声类比理论建立其流致噪声数值仿真模型,以研究不同转速工况下外啮合齿轮泵流致噪声特性,并搭建实验测试系统,用水听器对泵的出口2倍管径处流体噪声进行测量,以获得其时域和频域信息。结果表明:流致噪声由离散噪声和宽频带噪声构成,且基频及其倍频为流致噪声的主要频率;泵体辐射噪声的强度随齿轮转速的增加而非线性单调增长,且在1000~2000 r/min转速区间辐射噪声急剧增长(增量约20 dB);流致噪声的主频是由压力脉动的主频以及壳体的固有频率共同决定的。

压电复合材料梯度分布声学特性研究

目前,压电复合材料在吸声降噪领域应用广泛,但其低频吸声性能并不理想。为解决此问题,以0-3型压电复合材料为研究对象,提出使压电陶瓷体积含量呈梯度分布以提高其低频吸声系数的方法。首先,基于声电类比法和传递矩阵法,推导多梯度分布的理论公式,并通过文献构型对其进行验证;其次,将均匀分布与梯度分布的吸声系数进行比较,发现梯度分布会改变材料的声阻抗,从而改变吸声系数。最后,进行梯度分布压电复合材料数值分析,结果表明,同等条件下,当压电陶瓷体积含量呈梯度递减,且梯度差和第一梯度的厚度增加时,可明显提高低频吸声系数。

邮轮开敞区域典型杆件风致噪声特性数值研究

[目的]旨在研究邮轮开敞区域典型杆件产生的风致噪声。[方法]基于计算流体动力学(CFD)联合声类比法、声振耦合法开展气动噪声与风致振动噪声的数值模拟,探究上述两种噪声产生机理及特性。[结果]结果显示,在不同风速下,圆杆、方杆、椭圆杆的气动噪声最大值频率由脱涡频率主导,风致振动噪声最大值频率由结构固有频率主导。3种不同截面形状杆件产生的气动噪声总体上大于风致振动噪声,且方杆的气动噪声最大。当杆件脉动压力频率接近固有频率时,在大柔度下风致振动噪声会接近甚至超过气动噪声。[结论]设计邮轮开敞区域典型杆件时应选择圆形杆件而避免使用方形杆件,且合理选择杆件尺寸,尽量避免杆件脱涡频率与固有频率接近,以此降低风致噪声。

多层微穿孔板吸声特性研究

本文研究了在大背腔情况下多层微穿孔板结构的设计与吸声特性问题.在实际应用中,根据电-力-声类比法,微穿孔板吸声结构可以等效为电阻-电容串联的电路系统.但随着背部空腔深度的不断增加,传统的电-力-声类比法在分析多层微穿孔板结构吸声特性时变得十分复杂,且计算精度较低.鉴于此,本文提出了一种传递矩阵的计算方法,用于分析多层微穿孔板结构的吸声特性.并结合有限元仿真分析方法,通过数值算例验证了该方法的正确性与有效性.

多层微穿孔板吸声性能的理论分析与参数优化

论文基于微穿孔板理论对单层、双层、三层微穿孔板在声波频率为0~1500 Hz下的吸声性能进行分析,运用声电类比法和传递矩阵法分别计算双层微穿孔板、三层微穿孔板的吸声系数。首先使用控制单一变量法对影响微穿孔板吸声性能的各个参数做定性分析,确定各个参数与吸声性能是正相关还是负相关,其次使用有限元软件COMSOL Multiphysics对微穿孔板的吸声系数进行仿真计算,将有限元仿真的结果与数值仿真的结果进行对比,从而验证数值仿真的可靠性,再使用主成分分析法对微穿孔板的各个参数对吸声性能的影响进行定量分析,确定微穿孔板各个参数对第一吸声峰值对应频率的影响程度,给实际工艺中减小第一吸声峰值的频率提供理论的指导,最后通过改进遗传算法优化多层微穿孔板结构,给微穿孔板各个参数取一个合理的值使多层微穿孔板在0~1500 Hz下具有良好的吸声性能,优化后的结果表明随着微穿孔板层数的增加其对低频声波的吸收能力会有所增强。

阶梯式复合微穿孔板吸声特性研究

针对传统微穿孔板吸声频带较窄的问题,基于背腔分割机制和串并联并存的耦合机制,设计出不同阶数的阶梯式复合微穿孔板结构。首先,根据马氏理论和声电类比法推导出各阶复合微穿孔板的数学模型;随后,初步设定结构参数并通过comsol有限元仿真探究该复合穿孔板结构的吸声特性;在研究的频率范围内采用遗传算法对各阶复合微穿孔板进行优化;最后将优化后结构的吸声特性与优化前的进行对比分析,得出三者优化后的最大吸声系数分别为0.99、0.97、0.99。研究结果表明,所设计的阶梯式复合微穿孔板在0~3 000 Hz范围内吸声性能要优于传统的单层及双层串联微穿孔板,其中综合吸声性能和制造成本的考量,三阶复合微穿孔板平均吸声系数可达到0.88,吸声效果最佳。

阻抗管内非标准尺寸样品的正入射吸声系数测量

针对尺寸显著小于阻抗管横截面的非标准尺寸样品,提出了一种阻抗管内非标准尺寸样品的正入射吸声系数测量方法,分析了其参数对测量结果的影响,并与标准尺寸样品(与阻抗管横截面相同)比较。首先在其旁布置一种具有特定声阻抗的同厚度的声学材料(PAM),形成与阻抗管横截面相同的表面平整的非连续阻抗试件(IAIS),然后根据GB/T 18696.2—2002测得IAIS表面声阻抗,并基于声电类比法计算得到非标准尺寸样品的表面声阻抗及其正入射吸声系数。结果表明,非标准尺寸样品的面积率越大或声扩散边界长度越小,该方法精度越高;当非标准尺寸样品为多孔材料时,选择非刚性的、声阻抗与之接近的PAM也可提高测量精度;而非标准尺寸样品为共振吸声结构时,选择刚性PAM时,本文方法仍具有一定精度。

某型飞机前起落架噪声特性研究

采用仿真与试验的手段对不同来流速度下某型飞机前起落架1/6缩比模型的噪声特性进行了研究。仿真基于"CFD+CAA"混合方法,气动噪声试验在声学风洞中进行。计算与试验结果的对比表明:特征平面的流场分布十分吻合,起落架下游产生大量的涡结构;低频噪声源位于机轮后缘附近,中高频噪声位于减振支柱与防摆支架之间;起落架噪声频谱呈现为宽频特性,计算结果与试验结果基本吻合;远场噪声呈现为典型的偶极子指向性,偶极子长轴与轮轴方向平行。

天然气管道泄漏声源特性及传播机理数值模拟

管道泄漏声源特性和传播机理决定了音波法在管道上的可检测性,管道泄漏引发的音波能量大小和其沿管道传播的衰减程度分别与泄漏口径大小、管道内压和管道长度等因素有关。以天然气管道泄漏时的气动噪声为研究对象,采用适用于高马赫数流场的Mhring声类比对其进行模拟计算,建立了不同压力、不同泄漏孔径条件下的天然气管道泄漏噪声仿真模型,得到了天然气管道泄漏声源的相关特性,利用试验数据验证了计算模型的准确性。以该声源模型为基础,建立了音波在管道内的二维传播模型,通过模拟结果与现场试验的比较分析,表明天然气管道泄漏音波的超低频段(低于5Hz)可在管道内传播较远距离并能被声波传感器所探测,从理论上验证了音波法在天然气管道泄漏检测领域的良好应用前景。

复合微穿孔板吸声结构吸声特性分析及优化

针对传统微穿孔板吸声结构(Micro-Perforated Panel Absorber,MPPA)吸声带宽较窄的问题,基于微穿孔板串并联耦合机制,提出了三种不同结构形式的复合MPPA结构。首先,依据声电类比法推导出了复合MPPA法向入射吸声系数的解析计算模型;然后,通过初步设计结构尺寸参数,探究了该类吸声结构的宽带吸声特性;针对500~3600 Hz的目标吸声频段,采用多种群遗传算法对复合MPPA以及传统简单MPPA、串联MPPA、并联MPPA分别进行优化,对比分析了其最优吸声带宽;最后,利用有限元法对优化后吸声性能最佳的复合MPPA进行了吸声系数仿真测试以及对应的阻抗管实验测试。测试结果表明,所提出的复合MPPA的宽带吸声性能优于传统简单MPPA、串联MPPA和并联MPPA的吸声性能;在500~3600 Hz频段内,优化后吸声性能最佳的复合MPPA能够实现优异的宽带吸声,平均吸声系数高达0.92。该类吸声结构为宽带噪声控制提供了一定的参考。

有源噪声控制次级声源的非线性建模

基于电动扬声器的顺性、磁力因子和音圈自感三个非线性参数,建立了基于电力声类比线路方法的次级声源非线性时域模型。采用该模型对次级声源总谐波失真(THD)进行仿真,并与测试结果进行比较,结果表明在较低频率范围、较大输入信号幅值的情况下,该非线性模型是可行的。将该模型引入有源噪声控制系统,并以滤波-XLM S算法为例,对采用次级声源理想模型、线性时域模型和非线性时域模型的控制系统分别进行仿真,结果表明采用非线性模型系统的降噪量远低于采用其他模型的系统,并且非线性失真度大小对降噪量也具有明显的影响。

仿鱼体柔性变形运动流噪声特性研究

鱼类游动具有低噪声、高效率等特点,鱼体摆动可抽象并表征为壁面的柔性变形运动。柔性变形将诱导产生复杂的涡系流场结构,其流噪声的形成机理及特性在很大程度上有别于常规问题。以美国国家航空咨询委员会开发的NACA0012翼型为研究对象,考虑流噪声计算的需求,建立可模拟柔性变形的数值模型。基于声类比理论获得其流噪声特性,揭示柔性变形对流噪声的影响机制,获得流噪声辐射场指向性。结果表明:柔性变形运动诱发的复杂涡系流场演变是流噪声的主要来源;不同方位下流噪声总声压级随距离的增加均呈衰减趋势;在柔性变形壁面正上方和正下方,辐射噪声达到极值,噪声指向与偶极子声源的辐射场特性最为相似。

高速列车受电弓气动噪声分析与弓头降噪研究

针对高速列车不断提速导致气动噪声急剧增加产生的环境噪声污染问题,通过建立复兴号高速列车受电弓气动噪声分析模型,利用RNG k-ε模型、大涡模拟及FW-H声类比法对复兴号受电弓进行气动噪声源特性、远场噪声传播规律、频域分布规律进行研究。数值模拟结果表明:整车最大噪声源部位为受电弓的弓头;受电弓的远场气动噪声在其质心指向弓头方向最大,远场气动噪声与传播距离的对数线性相关;受电弓气动噪声的频域较宽,分布在25~6000 Hz范围内,主频在145~315 Hz之间。根据研究结果,对主要噪声源即受电弓弓头进行仿生降噪研究,考虑高速列车双向运行特性,在碳滑板和圆杆上施加前后对称椭球状凸起结构,当碳滑板凸起60 mm、圆杆凸起10.5 mm时,降噪效果最明显,在7.5 m远处整车总声压级降低了2.56 dBA。

离心泵流动诱导噪声数值仿真研究

本文建立了离心泵水力诱导噪声数值仿真模型,研究了离心泵内部湍流流动引起的辐射噪声。泵内部非稳态流场的计算采用基于SSTk-?模型的DES方法,水力诱导噪声的计算采用Lighthill声比拟有限元方法。通过对离心泵水动力噪声声学计算结果的分析,得到了噪声的空间分布规律及其频率特性。该数值模型可为离心泵等水力机械的噪声预测和控制提供有效的技术支持。

复合材料吸声系数的理论计算及性能分析

不同噪声环境中的降噪需求不同,为根据噪声频谱合理设计复合吸声材料,基于穿孔板及多孔吸声材料的吸声原理,提出了改进的声-电类比法,推导出复合吸声材料吸声系数的理论计算公式。利用该种计算方法,通过数值仿真深入分析复合吸声材料内外层穿孔率,多孔材料厚度,空腔变化对吸声性能的影响,分析表明第1层板穿孔率及多孔材料厚度影响较大。最后用声学实验对计算结果进行验证,表明改进的声-电类比法有效。

基于FW-H方程的Hartmann哨辐射声场数值研究

该文基于声类比法,通过求解FW-H方程,对不同喷口与谐振腔位置关系的Hartmann哨的声场分布进行了分析,计算了不同位置关系的Hartmann哨的声指向性。得到了以下结论:喷口与谐振腔位置关系对Hartmann哨的发声基频几乎不产生影响。对称位置关系的Hartmann哨的声场呈对称趋势,且在垂直于喷流方向上达到最大;非对称位置关系的Hartmann哨不再呈现对称趋势。Hartmann哨的最大声压级随着偏离对称位置的距离的增加有小幅增加,最大声压级出现的方向向着谐振腔方向移动。