耦合共振型进气消声器声学特性分析

 为了拓宽消声频带、提高消声量,克服传统串并联腔体结构安装空间大等缺点,研究了一种新型耦合共振型进气消声器．利用一维平面波理论探究了Helmholtz消声器的消声机理;为准确模拟消声器突变结构处的高阶次声波,建立了并联共振腔结构和新型结构Helmholtz消声器的声学有限元计算模型;计算、分析、比较了各结构的消声特性,重点研究了新型结构尺寸参数对其共振频率与传递损失的影响．计算结果表明：由于腔体间空气耦合共振作用,两腔耦合共振型Helmholtz消声器具有3个共振频率;两共振腔连接管的长度与直径是影响该结构消声性能的关键尺寸,减小连接管长度或者增大直径都可以拓宽消声器的消声频带,提高消声性能．这将为主动、被动耦合共振型进气消声器的设计提供重要参考．     

用于气动声学计算的完全耦合层吸收边界条件

根据伪时均流假设,推导了波动量的非守恒非线性欧拉方程;采用频率变化的方法,给出了一个时间与空间坐标变换关系,并将波动量的非守恒非线性欧拉方程变换至新坐标系;通过复数变换方法引入阻尼,构建了斜流非守恒非线性x层、y层及角层完全耦合层(PML)吸收边界条件;最后用算例测试了该吸收边界条件的精度和收敛性。研究结果表明:当吸收层数等于10时,最大反射量不超过0.5%,并且随着PML层数的增加而迅速减小;当吸收层数为40层时,最大反射量小于0.1%,达到收敛;在背景斜流下,该PML吸收边界条件能较好地吸收熵波与声波,可用于气动声学计算。     

求解声学问题的伽辽金多极边界元法

针对传统边界元法在数值求解大规模声学问题时的超大计算量问题,将快速多极算法与伽辽金边界元法相结合,提出了基于Burton-Miller方程的伽辽金多极边界元法。在已有二维快速多极算法的基础上,引入核函数的对角展开形式及自适应树结构算法,同时使用经过近似求逆预处理的广义极小残差法求解系统线性方程组,最后将该方法应用于二维矩形管道与刚性圆柱面声散射问题的求解。数值计算结果表明:在求解无限域声学问题时,Burton-Miller方程保证了全频率段解的唯一性,特别是在特征频率处解的稳定性。与传统边界元方法相比,伽辽金多极边界元法的计算量由原来的I(n~2)降到了O(nlog~2n)量级,该方法非常适合用于求解大规模声学问题。     

三维斜流线性完全耦合层吸收边界条件

采用傅里叶与拉普拉斯变换方法分析了三维斜流背景下声波、涡波与熵波的色散关系;根据各物理波的色散轨迹特征,结合频率变化的时空坐标变换方法,给出了一组时间与空间坐标变换关系式,并将三维斜流线性欧拉方程变换至新坐标系;采用复数变换方法,引入阻尼,分别构建了x层、y层、z层及角层的完全耦合层(PML)吸收边界条件,给出了吸收项的施加原则;最后通过三维脉冲声波、对称涡环与周期性点声源在斜时均流中的传播问题验证了该吸收边界条件的正确性。研究结果表明:所提出的坐标变换关系能够有效解决各物理波相位速度与群速度不一致的问题;在斜背景流下,该PML吸收边界条件能较好地吸收物理波,有效抑制边界反射,可用于气动声学计算。