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基于COMSOL软件的直角弯管声波传播 特性规律研究

基于COMSOL软件的直角弯管声波传播 特性规律研究
基于声波传播理论,建立并推导了声波在弯管处的Helmholtz方程。采用COMSOLMultophysics软件的压力声学模块,对不同弯曲半径的直角弯管进行频域分析,研究了不同弯曲半径弯管内声波传播特性规律。研究结果显示,弯曲半径对弯管内声波散射系数和传输损耗具有显著影响,弯曲半径较大的弯管曲率较小,弯管内声波散射效应较弱,传输损耗较小,声压级较高;弯曲半径较小的弯管曲率较大,弯管内声波散射效应较强,传输损耗较大,声压级较低。低频段内,声波波长大于弯管弯曲半径,散射系数与传输损耗较小;高频段内,声波波长接近或小于弯管弯曲半径,散射系数与传输损耗较大。
采用COMSOL软件建立不同弯曲半径的直角弯管模型,其中圆管内径D=154.1mm,管上端长为5D,下游端长为10D。1.5D型直角弯管平面模型与声学域模型见图1

考虑到实际工况下网格划分方式会对模拟结果产生影响,故对直角弯管模型以扫掠方式构建网格,以三角形(生成棱柱)为面进行网格划分,划分结果见图2。

仿真模拟得到了不同计算频率下1.5D型直角弯管的声压、声压级云图,分别见图3、图4。

引人散射系数,即管道中散射声能与人射声能的比例来衡量声波在管道内传播产生散射的程度。平面波模式下1.5D型直角弯管内散射系数绝对值随计算频率变化规律见图5。

为进一步分析弯管中声波的传播特性,确定各入射端口模式下的声波传播分布与相对强度,将1.5D型直角弯管端口绘制成如图6所示的归一化振型云图。

建立D型、2D型、2.5D型、3D型直角弯管模型,研究相同人射场强度下(计算频率710Hz),不同弯曲半径弯管表面的声压级变化情况,结果见图7

建立D型、2D型、2.5D型、3D型直角弯管模型,研究不同弯曲半径直角弯管端口散射系数变化情况,结果见图8和图9。

建立D型、2D型、2.5D型、3D型直角弯管模型,研究声波在管道内传播产生的传输损耗,结果见图10。

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