前沿文献:提高射孔调制声波黑洞结构的阻波吸声性能

文摘   2024-10-17 12:00   江苏  


声波黑洞(SBH)效应可以用于声波的操纵和吸收。这种现象依赖于两个基本的物理机制:波速降低和能量耗散。在这项研究中,我们证明了这两个物理过程可以通过调整射孔调制SBH (PMSBH)中的射孔参数来精确平衡。为了阐明慢波产生的机理和射孔参数的影响,建立了线性声波方程的Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB)解析模型。除了瞬态有限元模拟外,该研究还揭示了主要物理参数在调节声速和吸声方面所起的作用。研究发现,PMSBH的射孔率是影响慢声效果的主要因素,对于具有密集内环的PMSBH,射孔率的最佳范围在10%以上。由于包含了穿孔边界,即使减少环数,只要在减小的变化范围内选择合适的穿孔比,仍然可以保持显著的慢波效应。在这两种情况下,识别的射孔比都大大超过了微射孔界在没有慢波效应时广泛采用的常规范围。最重要的是,调整孔的大小可以进一步增加空气摩擦,以更好地吸收声音。实验结果验证了理论和数值结果,并验证了PMSBH的性能。本研究在提出可调谐设计概念的同时,为实现结合慢波原理和射孔诱导吸声的有效吸声器提供了物理见解和指导。

本文研究了一种射孔调制SBH (PMSBH)缓速结构,该结构将可调性引入到SBH设计中。通过调整射孔参数,PMSBH中的两个关键物理现象,即慢波效应和能量的耗散,可以达到平衡,最终提升整体吸声性能。针对连续和离散导纳变化的PMSBH结构,分别建立了两组WKB解。这些WKB解的适用范围也用解析方法和数值方法进行了检验。通过与Mironov理想模型和有限元结果的比较,验证了WKB解的有效性。利用所建立的WKB解和有限元计算结果,研究了射孔比和孔径对慢波效应的影响,并在后面的部分进行了实验验证。射孔比对慢波现象的影响要比孔径大得多。适当的穿孔比可以可靠地确保显著的慢声现象,即使在减少环数的情况下。此外,还探讨了这两个参数对吸声性能的影响。这两个参数都影响吸声。当慢波效应不存在时,根据环数的不同,射孔比和孔尺寸的最佳范围超出了MPP界广泛采用的典型范围。前者保证了有效的慢波效果,后者增加了有效的能量耗散,两者结合在一起产生了卓越的吸声效果。综上所述,通过调整PMSBH中射孔参数的调制机制为现有的SBH设计提供了新的视角,并为设计减少环数和简化结构配置的PMSBH提供了指导,从而同时实现有效的慢波效应和优异的吸声性能。



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