[发明专利]可定制宽频的高效通风吸声器有限元模拟及演示验证方法

说明书

本发明涉及一种可定制宽频的高效通风吸声器有限元模拟及演示验证方法，第一步，根据高效通风吸声器的结构及参数建立3D仿真模型，并在COMSOL中建立通风管道模型；第二步，对所建立的3D仿真模型赋予材料特性；第三步，对所建立的3D仿真模型设置物理场，将吸声器外区域设置为声压物理场，将吸声器内部区域设置为热粘性物理场，等共八步。每个吸声单元构成一个类似于弹簧的刚性的损耗振荡器，能实现单频的高效吸收(平均吸收率>95％)和通风(>80％的风速比)和宽频的高效吸收(平均吸收率>70％)和通风(>70％的风速比)，通过有限元模拟及3D打印机制造的样品验证，从而对宽频高效通风吸声器定制出最佳的尺寸参数。

技术领域

本发明涉及低频噪音处理技术领域，具体涉及一种可定制宽频的高效通风吸声器有限元模拟及演示验证方法。

背景技术

噪音消除在我们的日常生活中起着重要的作用，特别是对于低频噪声(在50到1000Hz之间)，由于其穿透力高，目前实现低频噪声的有效吸声仍是一项非常艰巨的工作。

在过去的二十年中，已经提出了各种声学超材料吸收器来克服天然吸声材料在处理低频声音(<1000Hz)时的固有局限性。一旦传输受阻，它们就会在定制的工作频率上产生高效率的吸收。与传统的多孔材料相比，它们可以在潮湿和狭窄空间等恶劣环境中去控制噪音并改善声音环境。然而，在日常生活和工业中，噪声的产生通常伴随着不稳定的流体流动，特别是与管道，喷嘴和涡轮机内部或周围的湍流有关。此外，流体必须具有自由通过的通道，以使相应的设备、装置或设施正常工作。这样的实际情况使许多先前的超材料吸收器无法做到，因为它们通常需要完全密封流动通道以消除传输。否则，如果有传输通道，吸收率可能会大大降低，通常不能超过50％。最近，被提出的几种通风的超材料吸收器，它们的性能(包括工作频率，带宽和最大吸收)仍然不令人满意，主要归因于单个亚波长散射的最大吸收截面仅为其最大散射截面的四分之一所致。因此，由亚波长散射组成的通风声学超材料的吸收与其反射相比通常很小。

发明内容

本发明旨在提供一种专用于低频噪音处理的有限元模拟及验证方法，它能根据一种新设计的宽频高效通风吸声器的结构建立3D仿真模型和通风管道模型,进行不同宽度的低频噪音的有限元模拟，从而对宽频高效通风吸声器定制出最佳的尺寸参数，并结合样本进行演示验证实验，实现对于单频的高效吸收(平均吸收率>95％)和通风(>80％的风速比)，对于宽频的高效吸收(平均吸收率>70％)和通风(>70％的风速比)，以克服现目前声学超材料需要完全密封流动通道以实现完美声吸收的缺陷，适用于空调、排气罩和流道等充满流体的环境的噪声控制。

本发明所采用的技术方案是：一种可定制宽频的高效通风吸声器有限元模拟及演示验证方法，包括以下步骤：

第一步，根据高效通风吸声器的结构及参数建立3D仿真模型，并在COMSOL中建立通风管道模型，再将所建立的3D仿真模型放置在建立的管道模型中；

所述高效通风吸声器包括两个前后并排对称设置的第一分列管谐振腔和第二分列管谐振腔，每个分列管谐振器由内框、外框构成，整体呈“回”字形，且第一、第二分列管谐振腔的左右两侧均配备有盖板，从而在内外框之间形成吸声通道；在第一分列管谐振腔的外框前侧壁中部、内框前侧壁中部、外框后侧壁中部，在第二分列管谐振腔的外框前侧壁中部、内框后侧壁中部、外框后侧壁中部分别设置有“一”字形的水平吸声窄缝；

第二步，对所建立的3D仿真模型赋予材料特性；

第三步，对所建立的3D仿真模型设置物理场，将吸声器外区域设置为声压物理场，将吸声器内部区域设置为热粘性物理场，将吸声器的两个内外区域交界面设置为热声耦合边界；

第四步，对所建立的3D仿真模型进行网格划分，使用最小单元0.1mm—0.3mm，最大单元20mm—30mm去构建网格；