方 智, 季振林

(哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院,哈尔滨 150001)

穿孔管阻性消声器具有较宽的消声频率范围(尤其在中高频段)和较低的流动阻力损失，在管道噪声控制中被广泛使用。数值方法[1-4]和解析方法[5-8]均被应用于研究此类消声器的声学特性。数值方法可以计算任意形状横截面的消声器的消声特性，但是对消声器的尺寸和计算机的要求较高，一般需要的计算时间较长。解析方法所需的计算时间短，并且精度较高，但是只能计算横截面形状规则的消声器(如圆形横截面和矩形横截面)。解析方法的另一个缺点在于它求解膨胀腔的横向波数时需要解特性方程，无论采用正割线法[5-7]还是牛顿法[8-9]均容易产生丢根现象，并且需要的时间较长。为了同时避免数值方法和解析方法的缺点，本文使用数值模态匹配法求解任意形状横截面穿孔管阻性消声器的传递损失。数值模态匹配法的基本思想为：应用二维有限元法求解消声器管道和腔内的横向模态，提取出本征波数和本征向量，进而得到消声器横截面的本征函数；利用模态匹配技术建立消声器内声压和轴向质点振速的解析表达式，结合边界条件和连续性条件以及本征函数的正交性，求出模态幅值系数，进而得到消声器的传递损失。数值模态匹配法解决了解析方法丢根的困扰和对横截面形状的限制问题，由于只需要对横截面划分二维网格，因而所需要的时间也大为减少，并且能够根据求出的本征模态分析高阶模态的影响和平面波理论的适用范围，具有明显的优点。……