扩大的有效频率范围和提高其传输损耗性能,提出了亥姆霍兹共振器的改进设计和评估通过实现刚性挡板的腔。比较然后提出设计和传统之间的一个通过考虑一个矩形管的谐振器实现的存在意味着放牧流。为此,在频域线性化二维n - s模型。验证后通过基准测试可用的实验数据和实验测量,模型是用来评估(1)宽度的影响<我nline-formula>
l
p
的刚性挡板,(2)它的实现位置/高<我nline-formula>
H
g
(即,(3)实施配置。,attached to the left sidewall or right sidewall), (4) the grazing mean flow<我nline-formula>
米
u
(马赫数)和(5)颈部形状噪声阻尼效应。结果表明,随着刚性挡板连接在两个不同的配置,共振频率和最大传输损失无法预测使用经典的理论公式<我nline-formula>
ω
2
=
c
2
年代
/
V
l
eff
,尤其是在放牧马赫数<我nline-formula>
米
u
大于0.07,即<我nline-formula>
米
u
>
0.07
。此外,有一个最佳放牧流马赫数最大传输损耗峰,对应的宽度<我nline-formula>
l
p
不到一半的腔宽度吗<我nline-formula>
D
r
,也就是说,<我nline-formula>
l
p
/
D
r
≤
0.5
。随着刚性板宽度的增加<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
,一个额外的传输损耗峰值约400赫兹。12 dB传输损耗峰的生成在400 Hz显示属性和结构相互作用的声音。最后,传统颈部形状不等的一个一个弧导致主导共振频率增加了大约20%,因此二次传输损耗峰2 - 5分贝。当前工作提出并系统地研究一个亥姆霍兹共振器的改进设计与一个额外的高频传输损耗峰,除了占主导地位的低频峰值。
亥姆霍兹谐振器被广泛应用于汽车(
1)gydF4y2Ba和航空航天工业是一种有效的声学噪声阻尼器(
2,
3gydF4y2Ba]。与其它阻尼器相比,比如一半,四分之一波长谐振器,亥姆霍兹谐振器被发现被关联到一个更高的噪声阻尼容量(
4gydF4y2Ba]。他们通常耦合到发动机的平均流量,也称为放牧流。达到它的最大噪声衰减性能,这些谐振器需要精心设计的,调到自然共振频率(
5gydF4y2Ba]。可怜的噪声阻尼性能通常预期,当噪声频率完全不同于near-resonant,即。,共振的条件。共振频率可以预测的使用<我nline-formula>
ω
2
=
c
2
年代
/
V
l
eff
。在这里,<我nline-formula>
c
表示声音的速度。<我nline-formula>
V
是谐振腔体积。<我nline-formula>
l
eff
和<我nline-formula>
年代
表示谐振器的有效长度和横截面积的脖子。<我nline-formula>
l
eff
物理长度大于脖子由于最终校正效果
6,
7gydF4y2Ba]。Chanaud [
6)gydF4y2Ba开发了一个理论公式来确定最终修正。
gydF4y2Ba经典的理论公式<我nline-formula>
ω
2
=
c
2
年代
/
V
l
eff
预测共振频率(
8gydF4y2Ba失败在捕捉谐振腔的几何形状和它的脖子,因为它是派生通过使用一个集中质量模型。既不平均流量的效果被认为是。发现颈部不对称影响共振频率对矩形和圆柱形谐振器(
9gydF4y2Ba]。Mercier et al。
10gydF4y2Ba]证实颈部形状的关键作用影响噪声的阻尼能力亥姆霍兹谐振器通过均匀化方法进行理论分析。噪声阻尼机制主要是由于thermoviscous效应(
11)gydF4y2Ba和/或涡旋脱落。非线性阻尼(
12)gydF4y2Ba可以参与,根据谐振器事件声音的振幅。为了达到最佳噪声阻尼,预计声共振,大量工作流体的腔周期性的膨胀和压缩。这意味着如果谐振腔结构修改、共振频率和有效带宽变化。这是经颈部延伸到腔(
13)gydF4y2Ba或谐振腔填充多孔材料(
14gydF4y2Ba]。然而,替代结构修改预计。这部分动机目前的工作。
gydF4y2Ba在这项工作中,矩形亥姆霍兹共振器附带一个刚性挡板内部腔提出和系统研究。谐振器是刷新安装在一个矩形管平均放牧流。为此,2 d数值调查在频域通过确定线性化的解决方案执行NS方程(n - s)。这是通过使用COMSOL 5.4。节
2.1,gydF4y2Ba系统方程和二维模型描述。占主导地位的变量是评估。这些参数包括(1)几何宽度<我nline-formula>
l
p
的刚性挡板,(2)其相对高度/位置<我nline-formula>
H
g
附加腔,(3)实现刚性挡板的配置(即。,连接到左或右侧壁),(4)放牧流马赫数<我nline-formula>
米
u
,(5)颈部形状。节
2.2gydF4y2Ba首先,数字2 d模型验证。这是通过基准测试与实验数据可用。节
3gydF4y2Ba然后修改,2 d模型并用于研究设计了亥姆霍兹共振器的声衰减性能。这些影响识别5设计参数进行了比较和讨论。主要结论进行了总结
4gydF4y2Ba。
2。模型的描述和验证研究
2.1。描述系统的方程
在目前的工作,2 d矩形管与一个矩形亥姆霍兹共振器(人力资源)被认为是实现。这是示意图如图所示
1gydF4y2Ba。人力资源是实现轴向<我nline-formula>
x
=
l
u
。有一个的意思是管流(
28gydF4y2Ba]的马赫数<我nline-formula>
米
u
。它也被称为牧流。被认为是可压缩的空气流动,粘性。因此,NS方程线性化,可以管理一个在频域。模拟矩形的尺寸与人力资源管
1gydF4y2Ba总结在表)使用
1gydF4y2Ba。物理尺寸和几何形状完全相同的实验一个裁判。
1gydF4y2Ba]。
3所示。结果和讨论的话
3.1。实现刚性挡板的效果
与模型验证,亥姆霍兹共振器的刚性挡板连接到正确的侧壁是数值研究,随着放牧流马赫数<我nline-formula>
米
u
设置为4个不同的值。图
5gydF4y2Ba显示了传输损耗随迫使对于一个给定的频率<我nline-formula>
米
u
,因为<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.5
和刚性挡板连接3个不同的位置,也就是说,<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.25
,<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.5
,<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.75
。可以看出不同<我nline-formula>
H
g
不会导致传输损耗的戏剧性的变化,什么时候<我nline-formula>
米
u
设置为0,0.07和0.1。然而,刚性挡板的实施导致了主导共振频率<我nline-formula>
f
res
在略微增加<我nline-formula>
米
u
≥
0.07
。然而,全球最大传输损失并不改变。此外,仔细观察表明,增加<我nline-formula>
米
u
导致占主导地位的<我nline-formula>
f
res
急剧增加,指定<我nline-formula>
H
g
。全球最大传输损耗急剧减少,<我nline-formula>
米
u
从0到0.1是不同的。
图5
与强迫频率变化的传输损耗,<我nline-formula>
l
p
=
0.5
D
r
和刚性挡板连接3个不同的位置,也就是说,<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.25
,<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.5
,<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.75
。(一)<我nline-formula>
米
u
=
0
,(b)<我nline-formula>
米
u
=
0.05
,(c)<我nline-formula>
米
u
=
0.07
,(d)<我nline-formula>
米
u
=
0.10
。
(一)
(b)
(c)
(d)
刚性挡板长度的影响<我nline-formula>
l
p
传输损耗评估和总结在图上
6gydF4y2Ba。它显示的变化迫使频率的传输损耗<我nline-formula>
f
对于一个给定的<我nline-formula>
米
u
,随着刚性挡板连接<我nline-formula>
H
g
=
0.5
H
r
但3种不同的宽度,即<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.25
,<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.5
,<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
。与传统的亥姆霍兹谐振器的谐振频率(即,<我nline-formula>
f
res
米
u
=
0
,
l
p
=
0
)用绿色虚线也。可以看出,有两个地方峰值传输损耗,长度<我nline-formula>
l
p
/
D
r
的刚性挡板增加到0.75。它表明,实现刚性挡板的长度<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
扩大的有效频率范围的谐振器通过引入一个额外的传输损耗峰值在400赫兹。相应的二次最大传输损耗大约是12 dB。作为<我nline-formula>
米
u
从0增加到0.10,全球最大TL(传输损耗)显著降低。此外,近距离的观察数据
6 (c)gydF4y2Ba和
6 (d)gydF4y2Ba表明,增加<我talic>
l我talic>p/<我talic>
D我talic>r从0.25到0.75产生了全球最大传输损失略有增加。然而,占主导地位的峰值在100赫兹更“夷为平地”<我nline-formula>
l
p
/
D
r
≤
0.5
。尤其如此<我nline-formula>
米
u
=
0.1
如图
6 (d)gydF4y2Ba。
图6
的变化迫使频率的传输损耗,随着刚性挡板连接<我nline-formula>
H
g
=
0.5
H
r
但3种不同的宽度,即<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.25
,<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.5
,<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
。(一)<我nline-formula>
米
u
=
0
,(b)<我nline-formula>
米
u
=
0.05
,(c)<我nline-formula>
米
u
=
0.07
,(d)<我nline-formula>
米
u
=
0.10
。
(一)
(b)
(c)
(d)
为了揭示了背后的物理2传输损耗峰,涡度轮廓和捕获速度轮廓,刚性挡板连接<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.5
但有3种不同的<我nline-formula>
l
p
。这些都是见图
7,gydF4y2Ba因为<我nline-formula>
米
u
=
0.1
。很明显,<我nline-formula>
l
p
/
D
r
≤
0.5
,一个大的顺时针漩涡锁在谐振腔,如图
7(一),
7 (b),
7 (d),
7 (e)gydF4y2Ba。然而,当<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
、双反向旋转的漩涡是锁定在刚性板下面的空腔,这是原始谐振器的谐振腔的一部分。换句话说,刚性板的背面板”就像“小谐振腔。“在刚性板上方的空腔,没有明确的观察任何锁定漩涡,如图
7 (c)gydF4y2Ba和
7 (f)gydF4y2Ba。一般来说,2nd传输损耗峰值是由于生成的结构修改,即。,介绍刚性挡板。之间的交互修改结构和事件的声音会导致生成多个传输损耗光谱共振峰,如图
6gydF4y2Ba。
图7
速度的比较和涡度轮廓<我nline-formula>
米
u
=
0.1
,刚性挡板连接<我nline-formula>
H
g
=
0.5
H
r
和<我nline-formula>
l
p
/
D
r
改变从0.25到0.5和0.75。(a, d)<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.25
;(b, e)<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.5
;(c、f)<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
3.2。放牧流马赫数的影响
放牧流马赫数<我nline-formula>
米
u
对空气声学的阻尼性能的影响(
3,
38gydF4y2Ba- - - - - -
40gydF4y2Ba修改后的亥姆霍兹共振器的评估和讨论。图
8gydF4y2Ba展示了修改后的谐振器的阻尼行为感兴趣的频率范围内,随着刚性挡板连接<我nline-formula>
H
g
=
0.5
H
r
,但它的宽度<我nline-formula>
l
p
将3种不同的值。可以看出,当<我nline-formula>
l
p
/
D
r
≤
0.5
只有一个TL(传输损耗)峰值的频率范围进行了研究。然而,观察到另一个高峰<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
。作为<我nline-formula>
米
u
从0到0.1,增加全球TL马克斯却降低了对于一个给定的吗<我nline-formula>
l
p
。这意味着不可忽视的放牧流恶化的声衰减效果修改亥姆霍兹共振器结构。此外,获得一个额外的传输损耗峰在400赫兹左右,什么时候<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
。这些额外的峰的最大价值和相应的共振频率无关<我nline-formula>
米
u
。
图8
传输损耗随迫使频率,如<我nline-formula>
米
u
设置为4种不同的价值观和刚性挡板连接<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.5
和<我nline-formula>
l
p
/
D
r
改变从0.25到0.5和0.75。(一)<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.25
,(b)<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.5
,(c)<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
。上腔谐振频率为411赫兹对应<我nline-formula>
l
eff
=
H
p
+
0.612
∗
0.25
∗
D
r
/
4
。最初的亥姆霍兹共振器没有挡板是89赫兹。
(一)
(b)
(c)
图
9gydF4y2Ba总结了全球最大的TL的变化趋势与实现的位置<我nline-formula>
H
g
和<我nline-formula>
米
u
,随着刚性挡板宽度设置为<我nline-formula>
l
p
=
0.5
D
r
。它说明在低马赫数流动放牧的存在,也就是说,<我nline-formula>
米
u
≤
0.05
,<我nline-formula>
H
g
会影响修改的亥姆霍兹共振器的声衰减性能(
33,
41gydF4y2Ba]。然而,随着<我nline-formula>
米
u
增加0.05以上,连接位置发现扮演微不足道的角色影响谐振器的阻尼性能。这是最有可能因为涡流阻尼机制是基于整个谐振器的谐振腔(
41,
42),gydF4y2Ba由于放牧流是不可忽视的<我nline-formula>
米
u
≥
0.05
)。这显然是在数据可视化
7 (b)gydF4y2Ba和
7 (e)gydF4y2Ba。作为<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.5
刚性挡板不贡献显著,声学阻尼性能存在较大马赫数的放牧流。
图9
全球最大传输损耗的变化实现的高度<我nline-formula>
H
g
和牧流马赫数<我nline-formula>
米
u
,如挡板宽度设置为<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.5
。
3.3。实现配置的效果
刚性挡板可以实现在两个不同的配置,即。附加,向左或向右侧壁的谐振器。这些配置示意图如图
1gydF4y2Ba和描述的部分
2.2gydF4y2Ba。这些实现配置的影响评估和比较,<我nline-formula>
米
u
设置为4个不同的值。图
10gydF4y2Ba说明了TL(传输损耗)表演的修改与频率、亥姆霍兹共振器<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.5
,<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
,刚性挡板实现两种不同的配置。可以看出,实现配置影响传输损耗可以忽略不计的作用,特别是当<我nline-formula>
米
u
≤
0.07
。当放牧流马赫数增加<我nline-formula>
米
u
=
0.1
,占主导地位的共振频率相应的配置,2是大约10 Hz大于配置的。1。然而,二级共振频率几乎不变,无论刚性挡板,侧壁附呈。此外,当地最大的输电损耗的差异(对应2当地山峰)小于2.0 dB 2实现之间的配置。
图10
传输损耗性能的比较,从传统谐振器颈部形状改变<我nline-formula>
⋅
对弧<我nline-formula>
⋅
配置。在这里,将刚性挡板维度<我nline-formula>
l
p
/
D
r
=
0.75
,<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.5
。
比较修改的亥姆霍兹共振器的传输损耗性能,<我nline-formula>
H
g
=
0.5
H
r
,<我nline-formula>
l
p
=
0.75
D
r
,刚性挡板实现两种不同的配置。(一)<我nline-formula>
米
u
=
0
,(b)<我nline-formula>
米
u
=
0.05
,(c)<我nline-formula>
米
u
=
0.07
,(d)<我nline-formula>
米
u
=
0.1
。
(一)
(b)
(c)
(d)
图12
比较计算轮廓的主导共振频率的声压(a, b)和二次谐振频率(c, d),随着刚性挡板(a - c)右侧壁相连或(b, d)左侧壁。在这里,<我nline-formula>
米
u
=
0.1
和<我nline-formula>
H
g
/
H
r
=
0.5
和<我nline-formula>
l
p
=
0.75
D
r
。
实验和2 d数值调查进行一个冷管亥姆霍兹共振器(人力资源)实现的。平均流量被迫通过无意中在人力资源。它也被称为牧流。放牧的马赫数流变量(<我nline-formula>
0
≤
米
u
≤
0.1
)。与传统的不同,修改后的谐振器参与附加刚性挡板。这里,刚性挡板可以附加在两种不同的配置,即。,attaching to the left sidewall or right sidewall with reference to the duct flow direction. Five main variables are evaluated. These identified variables include (1) the width of the rigid baffle<我nline-formula>
l
p
(2)实现挡板的位置/高<我nline-formula>
H
g
(3)放牧流马赫数<我nline-formula>
米
u
(4)实现配置,(5)颈部形状。在应用模型来预测之前修改的谐振器的传输损耗的表演,这是基准测试的第一个可用的实验和三维数值数据。良好的协议实现,<我nline-formula>
米
u
从0到0.1是不同的。然后模型是用来评估修改后的谐振器的声衰减性能与刚性挡板连接,作为一个不可忽视的管流。从目前的调查获得的主要结论总结如下:(我)
当放牧流马赫数很小(<我nline-formula>
米
u
≤
0.05
),实现刚性挡板的位置发现影响修改的亥姆霍兹共振器的传输损耗
(2)
在存在不可忽视的放牧流或刚性挡板,理论公式<我nline-formula>
ω
2
=
π
c
2
D
n
2
/
4
V
r
l
eff
失败在确定修改后的亥姆霍兹共振器的共振频率
(3)
管流马赫数大于0.07<我nline-formula>
l
p
/
D
r
≤
0.5
发现,实现刚性挡板的位置上扮演一个微不足道的角色影响修改的亥姆霍兹共振器的传输损耗
(iv)
增加管流的马赫数导致恶化的声衰减效果修改谐振器
(v)
当刚性挡板的宽度增加<我nline-formula>
l
p
=
0.75
D
r
,两个传输损耗峰值在两个不同的频率。这很可能是因为事件的声音和结构的相互作用。显示了放牧流马赫数影响强烈的占主导地位的传输损耗峰