管道伴流聲場問題計算的無格線-半解析耦合方法研究

《管道伴流聲場問題計算的無格線-半解析耦合方法研究》是依託華中科技大學，由方智擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：管道伴流聲場問題計算的無格線-半解析耦合方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：方智
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

無格線方法是近年來國內外學術界及工程領域的研究熱點，被廣泛套用於固體力學，動力學以及流體力學的研究，在聲學的套用較少。管道聲學是一種常見的工程問題，研究噪聲在管道流動介質中的傳播和衰減特性是聲學設計和噪聲控制的基礎。本課題使用無格線方法研究管道伴流聲場特性，根據結構特點或填充材料的不同將管道劃分成不同子域，使用二維無格線法和模態匹配法結合形成半解析方法求解規則結構子域聲場，採用三維徑向點插值配點型無格線方法求解不規則結構子域聲場。探索無格線形參函式、配點方案以及導數邊界條件的處理技術對管道伴流聲場計算精度的影響，實現無格線-半解析耦合技術研究不規則管道三維伴流聲場特性的目標，為無格線法在管道聲學領域的廣泛套用奠定基礎。

結題摘要

為克服格線化方法的缺點，無格線方法近年來得以快速發展。將無格線方法用於船用管道消聲裝置的三維伴流聲場計算，將其與解析方法匹配形成半解析方法，進而與數值方法耦合求解複雜結構系統的伴流聲場問題，研究該方法與有格線方法相比在計算速度和精度上的優缺點，是一項具有現實意義的課題。 課題使用二維無格線法求解消聲器的橫向模態，研究了強式無格線方法和全局弱式無格線方法求解橫向模態的套用特點，分析了支持域尺寸和基函式形狀參數對計算精度的影響。研究結果表明當支持域尺寸大於2.5倍 時，形狀參數 在2-3.5之間取值時，計算得到的本徵值精度較高。套用無格線-模態匹配耦合方法計算並分析了典型結構消聲器的聲學性能。將耦合方法計算結果分別與三維有限元法計算結果以及實驗測量結果進行對比，驗證了耦合方法以及計算程式的正確性。比較了耦合方法和三維有限元方法的計算時間，證明了本項目提出的耦合方法的優越性。開發了計算簡單膨脹腔消聲器傳遞損失的三維無格線程式，分析了背景格線對計算精度和計算速度的影響，當背景格線中的節點數不少於場節點數的三分之一時，即可滿足計算精度。對於複雜結構消聲器，提出了基於子域劃分的耦合處理方法。將複雜結構消聲器劃分成幾個子域，對於橫截面沿軸線方向均勻一致的子域結構採用無格線-模態匹配耦合方法求解其傳遞矩陣，對於橫截面沿軸向方向不一致的子域結構利用三維無格線方法求解其傳遞矩陣，利用各個子域在公共交界面上的連續性條件，求解消聲器的整體傳遞矩陣，進而計算得到其傳遞損失。使用耦合處理方法計算雙腔結構消聲器的傳遞損失，並且與三維有限元計算結果進行對比，驗證了該方法的正確性。 為了驗證本文所提出的無格線—模態匹配耦合方法預測消聲器聲學性能的正確性，利用兩負載法測量了無流狀態下兩種穿孔管消聲器的傳遞損失，實驗測量結果與本項目耦合方法計算結果吻合良好，表明本項目所開發的無格線--模態匹配耦合方法預測程式是正確的。