【摘 要】
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声衬作为常用的被动声学阻尼装置之一,在降低涡扇发动机风扇噪声和抑制发动机热声不稳定现象方面受到广泛关注。为了拓宽声衬有效吸声频率范围并增强其噪声阻尼性能,本文对声衬进行结构优化设计。通过有限元分析方法,利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics 5.6求解频域线性Navier-Stokes方程,在与现有的文献实验进行比较验证之后,研究不同结构的单层和双层狭缝声衬在不同切向流速作用下
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声衬作为常用的被动声学阻尼装置之一,在降低涡扇发动机风扇噪声和抑制发动机热声不稳定现象方面受到广泛关注。为了拓宽声衬有效吸声频率范围并增强其噪声阻尼性能,本文对声衬进行结构优化设计。通过有限元分析方法,利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics 5.6求解频域线性Navier-Stokes方程,在与现有的文献实验进行比较验证之后,研究不同结构的单层和双层狭缝声衬在不同切向流速作用下的声学特性,使用声传输损失以及透射系数等具体分析狭缝声衬的吸声性能,更加直观地展现狭缝声衬的主要吸声频带和共振频率,得出的主要结论如下:1.切向流作用是不可忽略的工况条件。当Ma=0时,单层和双层声衬的吸声性能均较强,随着切向流速的增加,单层和双层声衬的吸声性能逐渐降低,产生的最佳吸声频率的范围也随之改变。2.孔隙率是影响声衬噪声阻尼特性的主要结构参数之一,在声衬结构优化方面起到关键作用。当Ma=0时,孔隙率的增加没有增强单层声衬的吸声性能;当存在切向流时,随着孔隙率的增加单层和双层声衬产生的传输损失逐渐增大。但无论是否存在切向流,孔隙率的增加均会使共振频率向高频移动,单层和双层声衬表现为在共振频率附近具有较强的吸声能力,所以共振频率附近的声学行为无疑是声衬设计的关键特征。对于较大孔隙率的单层和双层声衬而言,其在高切向流速下均会产生额外的传输损失尖峰,一方面归因于在狭缝和谐振器中形成的涡流强度有关,这加强了流体与声学之间的相互作用,另一方面是由双层声衬的内衬和外衬之间形成的多腔体的共振效应引起的。3.不同配置的声衬表现的吸声能力不尽相同。改变整体谐振器的腔深,发现仅在无流情况下随着整体腔深的减小,单层声衬的吸声性能增强,而当每个谐振器腔深多变时,无论是否存在切向流的作用,腔深多变的单层声衬并没有腔深恒定的单层声衬吸声性能强。另外,狭缝厚度的减小对单层声衬吸声性能起到积极促进的作用,狭缝位置对孔隙率较大的单层声衬影响较大,入射声压级强度对单层声衬吸声性能的影响主要体现在共振频率附近。4.无论切向流速的大小,外衬不同配置的双层声衬均会产生多个传输损失尖峰,这区别于具有相同配置的双层声衬。对于谐振器均匀分布在主管道两侧的对称声衬,发现其产生的传输损失类似于单层声衬,在各切向流速下,对称声衬均表现出更高的吸声性能,且有效吸声频带更宽,共振频率更高。
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