physics of fluids 二维粗糙管多孔材料的吸声

文摘   2025-01-04 12:00   江苏  

本文基于Johnson-Champoux-Allard-Lafarge等效流体模型建立了二维粗糙管多孔材料吸声性能预测模型。二维粗糙管的形状用三角函数近似,给出了其流体输运参数的理论表达式,包括粘性磁导率、热导率、弯曲度、粘性特征长度和热特征长度。此外,在计算热渗透率和粘性特征长度时考虑了形状因子的影响,并给出了其理论表达式。通过基于多尺度渐近方法的数值仿真模型验证了理论模型,实现了良好的一致性。与光滑管、周向粗管和轴向粗糙管相比,二维粗糙管不仅增强了粘性耗散效应,而且增强了声波传播过程中的热耗散效应,从而实现了低频高效吸声。这项工作进一步发展了考虑粗糙度效应的多孔材料的吸声理论,丰富了多孔材料的研究和设计思想。


设计了一种新的二维粗糙管多孔材料,其中二维粗糙管的形状由三角函数精确控制。给出了其流体输运参数的理论表达式,包括粘性磁导率、热导率、弯曲度、粘性特征长度和热特征长度。JCAL等效流体模型和基于多尺度渐近方法的有限元模型验证了二维粗糙管多孔材料的优异吸声性能。在传输参数的理论计算中考虑了形状因子,计算结果与数值模拟结果吻合较好。二维粗糙度的引入不仅增强了粘性耗散效应,而且增强了散热效果,进一步实现了低频表面声电抗比零点,表面声电阻比接近1。最后,包含平行二维粗糙管的多孔材料在低频下实现了完美的吸声。与其他类似的多孔材料相比,二维粗糙管多孔材料具有更多的可调参数,以实现更好的吸声性能。多孔材料在介质和高频率下通常具有良好的吸声性能。这项工作通过粗略的结构设计提高了它们的低频声音吸收性能。在未来的工作中,可以应用多尺度结构设计来实现机载声音感兴趣的频率范围内的良好吸声性能,例如频率范围为 500 到 4000 Hz。总体而言,这项工作扩展了粗糙度效应在多孔材料中的应用,有助于提高多孔材料的吸声性能,促进多孔材料声学的发展。





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