مدلسازی فرآیندهای میرایی صوتی

صدا خفه کن ها اغلب در سیستم های اگزوز یا در سیستم های گرما، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) قرار می گیرند، جایی که عملکرد کلیدی آنها کاهش نویز ساطع شده از سیستم است. توصیف صحیح فرآیندهای میرایی صوتی (جذب و تضعیف) در صدا خفه کن هنگام طراحی و مدل سازی این سیستم ها مهم است.

مدلسازی اثر میرایی

میرایی به طور کلی با ترکیبی از سه فرآیند به دست می آید: تشدیدهایی که انرژی صوتی را در فرکانس های معین به دام می اندازند، جذب انرژی صوتی توسط مواد مختلف پوشش متخلخل و فیبری، و تلفات در صفحات سوراخ دار، که به نام سوراخ نیز شناخته می شوند. COMSOL Multiphysics تکنیک‌های زیادی را برای مدل‌سازی میرایی در مواد متخلخل و ویژگی‌های صوتی سوراخ‌ها ارائه می‌کند.

افزودن یک مدل سیال معادل برای یک دامنه متخلخل در COMSOL Multiphysics آسان است. به سادگی یک مدل آکوستیک فشار جدید اضافه کنید و آن را در حوزه با مواد متخلخل فعال کنید، سپس مدل سیال را انتخاب کنید. “مدل های متخلخل تجربی ماکروسکوپی” شامل مدل های Delany-Bazley و Miki است، در حالی که مدل “معادل Biot” مدل Johnson-Champoux-Allard (JCA) در یک پیکربندی قاب ماتریس متخلخل صلب یا ضعیف است.

مانند بسیاری از رویکردهای مدل سازی، چندین درجه از جزئیات در این نوع تحلیل امکان پذیر است. شما می توانید سیستم را با جزئیات زیاد مدل کنید، به عنوان مثال، مدل سازی هر سوراخ در یک صفحه سوراخ شده. این رویکرد ممکن است نتایج دقیقی به همراه داشته باشد، اما به دلیل هزینه محاسباتی اغلب در عمل غیرممکن است. شما همچنین می توانید یک شکل کاهش مدل را انتخاب کنید، به این معنی که می توانید تعیین کنید که کدام تقریب می تواند برای ساده کردن مدل استفاده شود. به عنوان مثال، این می تواند به شکل برآمدگی (توصیف بخشی از مدل شما با استفاده از ویژگی هایی مانند سختی، میرایی و جرم)، استفاده از مدل های فرعی (با استفاده از نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل دقیق بخش کوچکی از مدل شما به عنوان ورودی باشد). در مدل بزرگتر)، یا همگن سازی (یک حوزه ناهمگن را به عنوان یک دامنه همگن با خواص جبرانی خاص در نظر بگیرید). به عنوان مثال، روش معمول برای یک ماده متخلخل، توصیف انتشار موج به روشی همگن است، و با استفاده از یک مدل سیال معادل، تلفات را پخش می کند. به طور مشابه، صفحات سوراخ شده اغلب با استفاده از روش امپدانس انتقال همگن مدل‌سازی می‌شوند، جایی که تلفات ناشی از وجود سوراخ‌ها بر روی مرزی که سوراخ‌ها قرار دارند پخش می‌شود.

پیاده سازی انواع مدلسازی

برای پیاده‌سازی این نوع مدل‌ها در COMSOL Multiphysics، می‌توانید از برخی از قابلیت‌های داخلی استفاده کنید، مانند انتخاب یکی از بسیاری از مدل‌های سیال یا استفاده از شرایط مرزی صفحه سوراخ‌دار. شما همچنین می توانید با تعریف مدل سیال معادل ترجیحی خود، تعریف مدل امپدانس انتقال خود، یا تعریف خواص مواد خود بر اساس داده های اندازه گیری شده ای که به COMSOL Multiphysics وارد می کنید، مدل را بر اساس نیازهای خود سفارشی کنید.

همانطور که در ابتدای این پست وبلاگ ذکر کردم، هنگام طراحی سیستم های حاوی صدا خفه کن، توضیح خوب مواد میرایی و صفحات سوراخ دار مهم است. البته در زمینه های کاربردی غیر از صدا خفه کن نیز مهم است. به عنوان مثال، این امر هنگام مدل‌سازی پوشش دیوار و جذب صدا برای اتاق‌ها (جاذب‌ها و پخش‌کننده‌ها)، یا هنگام مدل‌سازی آکوستیک داخل خودرو یا سیستم بلندگو مهم است. در هر دو مورد، فرد باید تصمیم بگیرد که چگونه انتشار صدا را از طریق موادی مانند منسوجات، فوم ها و مواد متخلخل انجام دهد و مدل سازی کند.

مواد جاذب متخلخل

هنگام شبیه‌سازی سیستمی که حاوی مواد متخلخل است، باید تصمیم بگیرید که کدام رویکرد مدل‌سازی را انتخاب کنید و همچنین چگونه می‌توان مواد شما را بر اساس آن رویکرد توصیف کرد. خواص میرایی مواد متخلخل و فیبری را می توان به یکی از اشکال زیر در COMSOL Multiphysics گنجاند:

• یک امپدانس سطحی ممکن است در مرز بین حوزه هوا و ماده متخلخل اضافه شود به طوری که خود حوزه متخلخل مدل‌سازی نشود، بلکه فقط تأثیر “مرز” آن است. این امپدانس می تواند بر اساس یک مدل تحلیلی یا بر اساس داده های اندازه گیری شده از اندازه گیری لوله امپدانس باشد.
• دامنه متخلخل را می توان به عنوان یک سیال با یک ضریب تضعیف معین مدل کرد. این می تواند، و اغلب، وابسته به فرکانس باشد. در COMSOL Multiphysics می‌توانید ضریب تضعیف یک ماده را مستقیماً وارد کنید، و این می‌تواند به‌عنوان یک عبارت تحلیلی یا به عنوان یک تابع وابسته به فرکانس بر اساس داده‌های اندازه‌گیری ویژگی‌های مواد که به COMSOL Multiphysics وارد می‌کنید وارد شود.
• دامنه متخلخل را می توان به عنوان یک سیال معادل مدل کرد: یک مدل همگن که در آن حوزه متخلخل به عنوان یک “سیال” با خواص میرایی در نظر گرفته می شود. COMSOL Multiphysics شامل بسیاری از مدل‌های سیال معادل، از جمله مدل‌های معروف Delany-Bazley، Miki و Johnson-Champoux-Allard (JCA) است.
• در نهایت، می توان از رابط امواج Poroelastic برای حل یک مدل دقیق برای برهمکنش بین ماتریس متخلخل الاستیک و سیال اشباع بر اساس معادلات توصیف شده توسط نظریه Biot استفاده کرد. این رابط را می توان برای مدل سازی هر ماده متخلخل استفاده کرد و هم جابجایی ماتریس متخلخل و هم فشار در سیال اشباع را حل می کند.

انتخاب شما از یک روش از لیست بالا به داده های موجود برای مواد متخلخل و سطح مورد نظر جزئیات بستگی دارد. به خاطر داشته باشید که در همه موارد می توان از رویکرد مدل فرعی استفاده کرد. به عنوان مثال، می توانید یک مدل دقیق از یک قطعه پوشش متخلخل ایجاد کنید و امپدانس سطح را استخراج کنید، سپس آن امپدانس را به عنوان یک شرط مرزی در مدلی از سیستم کامل اضافه کنید.

صفحات سوراخ دار

هنگامی که صفحات سوراخ دار در یک سیستم صدا خفه کن وجود دارند، معمولاً دارای سوراخ های زیادی هستند و معمولاً مدل سازی همه آنها با جزئیات مناسب نیست. علاوه بر این، برای به دست آوردن میرایی ویسکوزیته و حرارتی صحیح امواج صوتی (هنگامی که از سوراخ ها عبور می کنند) باید آکوستیک موجود در سوراخ ها را با استفاده از رابط Thermoacoustic مدل کنید که پیچیدگی محاسباتی مدل را افزایش می دهد . بنابراین، بهترین رویکرد، مدل‌سازی صفحه سوراخ‌دار با استفاده از شرایط مرزی امپدانس انتقال است. این شرط مرزی در COMSOL Multiphysics موجود است و بر اساس ویژگی های خاصی از سوراخ های شما مانند ضخامت صفحه و قطر سوراخ است. برای مثال به مدل صدا خفه کن با امپدانس ترموآکوستیک Lumping نگاه کنید. این مدل همچنین نحوه استفاده از رویکرد مدل فرعی را نشان می دهد: در اینجا یک مدل ترموآکوستیک دقیق از یک سوراخ برای تعیین امپدانس انتقال استفاده می شود.

مطالعه بیشتر و مدل ها

• صدا خفه کن جذبی
• صدا خفه کن سوراخ دار
• جاذب متخلخل
• فیلتر ذرات آکوستیک
• صدا خفه کن آکوستیک با امپدانس ترموآکوستیک
• صدا خفه کن جذبی با صدف
• وبینار آکوستیک و تحلیل ارتعاشات