معرفی
این مثال انتشار موج فشار در یک صدا خفه کن برای یک موتور انفجاری را توصیف می کند. این رویکرد برای تجزیه و تحلیل میرایی امواج فشار هارمونیک کلی است.
هدف از این برنامه نشان دادن نحوه درمان آکوستیک سه بعدی در یک هندسه نسبتاً پیچیده متشکل از چندین بخش و لوله جداگانه است که با دیوارهای نازک کاملاً سفت و سخت تقسیم شده اند. تجزیه و تحلیل تلفات انتقال را در محدوده فرکانس 100 هرتز تا 1000 هرتز نشان می دهد.
تعریف مدل
هندسه مدل شامل سه محفظه تشدیدگر مجزا است که با دیواره های نازک تقسیم شده اند. ورودی و خروجی به ترتیب مربوط به اتصال در جهت موتور و هوای آزاد است.
شکل 1: هندسه صدا خفه کن. دود اگزوز از لوله سمت چپ وارد می شود، از سه محفظه تشدید کننده عبور می کند و از لوله سمت راست خارج می شود.
معادلات دامنه
شما مشکل را در حوزه فرکانس با استفاده از رابط فشار آکوستیک، دامنه فرکانس حل می کنید. معادله مدل یک معادله هلمهولتز کمی تغییر یافته برای فشار آکوستیک p است :
که ρ چگالی، c سرعت صوت و ω فرکانس زاویه ای است. در مواردی که تغییرات چگالی در مواد مختلف وجود دارد، باید چگالی در معادله گنجانده شود. مدل فرض می کند که در محدوده فرکانس پایین، میرایی واکنشی غالب است. بنابراین میرایی مقاومتی شامل نمی شود.
شرایط مرزی
شرایط مرزی سه نوع مختلف است. در تمام مرزهای جامد که شامل دیواره های بیرونی صدا خفه کن، دیواره های جداکننده بین محفظه های تشدید کننده و دیواره های لوله ها می شود، از شرایط مرزی سخت (دیواری) صدا استفاده می شود:
در مرز ورودی، ترکیبی از امواج هواپیمای ورودی و خروجی فرض میشود:
در این معادله p 0 نشان دهنده فشار خارجی اعمال شده و i واحد فرضی است. در مرز خروجی، یک موج هواپیمای خروجی تنظیم می شود:
نتایج و بحث
شکل 2 میدان فشار در صدا خفه کن را در فرکانس 490 هرتز با استفاده از نمودار مرزی قدر مطلق فشار و نمودار هم سطحی فشار نشان می دهد.
شکل 2: محلول در 490 هرتز. مقدار واقعی فشار به صورت هم سطحی رسم می شود و مقدار مطلق فشار به صورت نمودار مرزی بر روی دیواره های داخلی صدا خفه کن نمایش داده می شود.
معادله زیر تلفات انتقال در صدا خفه کن را تعریف می کند:
در اینجا P in و P out به ترتیب اثر صوتی در ورودی و خروجی را نشان می دهند. اثر صوتی با استفاده از معادلات زیر محاسبه می شود:
شکل 3 نتیجه یک مطالعه فرکانس پارامتریک را نشان می دهد. این نمودار نشان می دهد که میرایی در فرکانس های بالاتر بهتر است، به استثنای چندین شیب عمیق در سراسر محدوده فرکانس. شیب ها با فرکانس های تشدید برای بخش های مختلف سیستم صدا خفه کن مطابقت دارد.
شکل 3: میرایی (dB) در صدا خفه کن به عنوان تابعی از فرکانس (Hz).
مسیر کتابخانه برنامه: COMSOL_Multiphysics/Acoustics/automotive_miffler
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی Model Wizard کلیک کنید .
مدل جادوگر
1
|
در پنجره Model Wizard ، روی 3D کلیک کنید .
|
2
|
در درخت Select Physics ، Acoustics>Pressure Acoustics>Pressure Acoustics، Frequency Domain (acpr) را انتخاب کنید .
|
3
|
روی افزودن کلیک کنید .
|
4
|
روی مطالعه کلیک کنید .
|
5
|
در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید .
|
6
|
روی Done کلیک کنید .
|
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1
|
در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید .
|
3
|
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
|
نام
|
اصطلاح
|
ارزش
|
شرح
|
p0
|
1 [Pa]
|
1 پاس
|
دامنه فشار ورودی
|
هندسه 1
هندسه را ایجاد کنید. برای ساده کردن این مرحله، یک دنباله هندسی آماده شده را وارد کنید.
1
|
در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید .
|
2
|
به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل automotive_muffler_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید .
|
3
|
در نوار ابزار Geometry ، روی ساختن همه کلیک کنید .
|
4
|
روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
|
تعاریف
عملگرهای ادغام ورودی و خروجی را تعریف کنید، سپس از آنها برای محاسبه تضعیف استفاده کنید.
ورودی
1
|
در نوار ابزار تعاریف ، روی Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید .
|
4
|
فقط مرز 1 را انتخاب کنید.
|
5
|
در قسمت متنی نام اپراتور ، intop_inlet را تایپ کنید .
|
6
|
در قسمت Label text، Inlet را تایپ کنید .
|
پریز
1
|
در نوار ابزار تعاریف ، روی Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید .
|
4
|
روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
|
5
|
فقط مرز 50 را انتخاب کنید.
|
6
|
در قسمت متنی نام اپراتور ، عبارت intop_outlet را تایپ کنید .
|
7
|
در قسمت Label text، Outlet را تایپ کنید .
|
متغیرهای 1
1
|
در نوار ابزار تعاریف ، روی متغیرهای محلی کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید .
|
3
|
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
|
نام
|
اصطلاح
|
واحد
|
شرح
|
P_in
|
intop_inlet(p0^2/(2*acpr.rho*acpr.c))
|
دبلیو
|
قدرت ورودی
|
P_out
|
intop_outlet(p*conj(p)/(2*acpr.rho*acpr.c))
|
دبلیو
|
قدرت خروجی
|
TL
|
10*log10(P_in/P_out)
|
از دست دادن انتقال
|
توجه داشته باشید که باید توان ورودی را با استفاده از p0 به جای متغیر فشار، p تعریف کنید ، زیرا p مجموع امواج فشار فرود و منعکس شده است.
مرزهای داخلی
انتخابی برای ساده کردن تنظیم شرایط مرزی داخلی ایجاد کنید.
1
|
در نوار ابزار تعاریف ، روی Explicit کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید .
|
4
|
فقط مرزهای 10، 11، 13، 14، 16، 20-23، 25، 26، 28، 29، 32، و 36-39 را انتخاب کنید.
|
برای انجام این کار، روی دکمه انتخاب چسباندن در کنار کادر انتخاب کلیک کنید، متن: 10، 11، 13، 14، 16، 20-23، 25، 26، 28، 29، 32، 36-39 را در قسمت متن قرار دهید. از کادر محاوره ای که باز می شود، و در نهایت روی OK کلیک کنید .
5
|
روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید تا به حالت اولیه بازگردید.
|
6
|
در قسمت نوشتار Label ، Interternal Boundaries را تایپ کنید .
|
مواد را اضافه کنید
1
|
در نوار ابزار Home ، روی Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود .
|
2
|
به پنجره Add Material بروید .
|
3
|
در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید .
|
4
|
روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید .
|
5
|
در نوار ابزار Home ، روی Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود .
|
مواد
به طور پیش فرض، اولین ماده ای که اضافه می کنید برای همه دامنه ها اعمال می شود. در جدول محتویات مواد میتوانید ببینید که رابطهای فیزیک از کدام ویژگیهای ماده استفاده میکنند، در این مورد چگالی و سرعت صوت. توجه داشته باشید که این مقادیر تابعی از دما و (در مورد چگالی) فشار محیط هستند.
آکوستیک فشار، دامنه فرکانس (ACPR)
آکوستیک فشار 1
در بخش ورودیهای مدل ، میتوانید خاموش کنید و در صورت تمایل، دما و فشار مطلق را که در آن عبارات چگالی هوا و سرعت صوت محاسبه میشود، تغییر دهید. برای این مدل از تنظیمات پیش فرض استفاده کنید.
تابش موج هواپیما 1
1
|
در پنجره Model Builder ، روی Pressure Acoustics, Frequency Domain (acpr) کلیک راست کرده و Radiation Conditions>Plane Wave Radiation را انتخاب کنید .
|
2
|
فقط مرز 1 را انتخاب کنید.
|
میدان فشار حادثه 1
1
|
در نوار ابزار Physics ، روی Attributes کلیک کنید و Incident Pressure Field را انتخاب کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات مربوط به میدان فشار حادثه ، قسمت میدان فشار حادثه را پیدا کنید .
|
3
|
در قسمت متن p 0 ، p0 را تایپ کنید .
|
4
|
از لیست c ، از مواد را انتخاب کنید .
|
5
|
از لیست مواد ، هوا (mat1) را انتخاب کنید .
|
تابش موج هواپیما 2
1
|
در نوار ابزار فیزیک ، روی Boundaries کلیک کنید و تابش موج هواپیما را انتخاب کنید .
|
2
|
فقط مرز 50 را انتخاب کنید.
|
توجه داشته باشید که شرط مرزی تشعشع موج صفحه فقط برای امواج سطحی در زوایای فرود نزدیک به سمت راست مناسب است. برای انواع کلی امواج در موجبرها، از شرایط مرزی پورت موجود با ماژول آکوستیک همانطور که در مدل آموزشی صدا خفه کن جذبی نشان داده شده است استفاده کنید.
3
|
روی دکمه Transparency در نوار ابزار Graphics کلیک کنید تا به حالت شفافیت پیش فرض برگردید.
|
مرز سخت صدای داخلی (دیوار) 1
1
|
در نوار ابزار Physics ، روی Boundaries کلیک کنید و داخلی Sound Hard Boundary (دیوار) را انتخاب کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای مرز سخت داخلی صدا (دیوار) ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست انتخاب ، مرزهای داخلی را انتخاب کنید .
|
مش
با استفاده از قابلیت مش کنترل شده توسط Physics، مش را ادامه داده و تولید کنید . فرکانس کنترل کننده حداکثر اندازه عنصر به صورت پیش فرض از مطالعه گرفته شده است . فرکانس های مورد نظر را در مرحله مطالعه تنظیم کنید . به طور کلی، 5 تا 6 عنصر درجه دوم در هر طول موج برای حل امواج مورد نیاز است. برای جزئیات بیشتر، مش بندی (رفع امواج) را در راهنمای کاربر ماژول آکوستیک ببینید . در این مدل از 10 عنصر در هر طول موج استفاده می کنیم. پیش فرض خودکار این است که 5 داشته باشد.
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1
|
در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید .
|
3
|
در قسمت متن فرکانس ، محدوده (100،10،1000) را تایپ کنید .
|
این راه حل را برای 91 فرکانس با فاصله مساوی از 100 هرتز تا 1000 هرتز محاسبه می کند. اگر میخواهید تجزیه و تحلیل سریعتری انجام دهید، همان محدوده فرکانسی را امتحان کنید، اما در عوض با یک گام ۱۰۰ هرتز (برای انجام این کار، محدوده (۱۰۰،۱۰۰،۱۰۰۰) را تایپ کنید ).
مش 1
1
|
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات مش ، بخش آکوستیک فشار ، دامنه فرکانس (acpr) را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست تعداد عناصر مش در هر طول موج ، User defined را انتخاب کنید .
|
4
|
در قسمت متن، 10 را تایپ کنید .
|
5
|
روی ساخت همه کلیک کنید .
|
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
قبل از تجسم میدان فشار صوتی، انتخابی را به مجموعه داده های راه حل پیش فرض اضافه کنید که برای نمای بهتر، مرزهای صدا خفه کن بالایی را فیلتر می کند.
مطالعه 1/راه حل 1 (sol1)
در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study 1/Solution 1 (sol1) کلیک کنید .
انتخاب
1
|
در نوار ابزار نتایج ، روی ویژگی ها کلیک کنید و Selection را انتخاب کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید .
|
4
|
همه مرزها را از لیست انتخاب انتخاب کنید .
|
5
|
برای برجسته کردن شش وجه بالای صدا خفه کن، Ctrl کلیک کنید، سپس کلیک راست کنید تا از قسمت انتخابی حذف شوند.
|
همچنین، میتوانید روی دکمه انتخاب چسباندن در کنار کادر انتخاب کلیک کنید و سپس متن «1–7، 9–14، 16، 17، 19–29، 31–33، 35–41، و 43–50» را جایگذاری کنید. فیلد متنی کادر محاوره ای که قبل از کلیک بر روی OK باز می شود .
فشار صوتی (acpr)
با دنبال کردن این مراحل ، نمودار شکل 2 را دوباره تولید کنید .
1
|
در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Acoustic Pressure (acpr) کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید .
|
3
|
از لیست مقدار پارامتر (فرکانس (Hz)) ، 490 را انتخاب کنید .
|
سطح 1
1
|
در پنجره Model Builder ، گره Acoustic Pressure (acpr) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Pressure Acoustics، Frequency Domain>Pressure and صدا سطح فشار >acpr.absp_t – Absolute Total Acoustic Press – Pa را انتخاب کنید .
|
3
|
قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست مقیاس ، خطی را انتخاب کنید .
|
4
|
در نوار ابزار فشار صوتی (acpr) ، روی Plot کلیک کنید .
|
ایزورفیس 1
1
|
در پنجره Model Builder ، روی Acoustic Pressure (acpr) راست کلیک کرده و Isosurface را انتخاب کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای Isosurface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Pressure Acoustics، Frequency Domain>Pressure and صدا سطح >p – Pressure – Pa را انتخاب کنید .
|
3
|
قسمت Levels را پیدا کنید . در قسمت متنی مجموع سطوح ، 10 را تایپ کنید .
|
4
|
قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید .
|
5
|
در کادر محاوره ای جدول رنگ ، Wave>Wave را در درخت انتخاب کنید.
|
6
|
روی OK کلیک کنید .
|
7
|
در پنجره تنظیمات برای Isosurface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید .
|
8
|
از لیست مقیاس ، خطی متقارن را انتخاب کنید .
|
اینکه تعداد مناسبی از سطوح هم سطح برای نمودار هم سطحی با فرکانس متفاوت است. در فرکانسهایی با میرایی کم، بسیاری از سطوح همسطح تمایل دارند در داخل لوله جمع شوند.
9
|
در نوار ابزار فشار صوتی (acpr) ، روی Plot کلیک کنید .
|
10
|
روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
|
در نهایت، نمودار میرایی در مقابل فرکانس نشان داده شده در شکل 3 را بازتولید کنید .
گروه طرح 1 بعدی 4
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید .
جهانی 1
1
|
روی 1D Plot Group 4 کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>TL – Transmission loss را انتخاب کنید .
|
از دست دادن انتقال
1
|
در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی 1D Plot Group 4 کلیک کنید .
|
2
|
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، فقدان انتقال را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
|
3
|
قسمت Plot Settings را پیدا کنید .
|
4
|
چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط فرکانس (Hz) را تایپ کنید .
|
5
|
کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، Transmission loss (dB) را تایپ کنید .
|
6
|
در نوار ابزار Transmission Loss ، روی Plot کلیک کنید .
|
به شیب عمیق در میرایی در حدود 490 هرتز ناشی از رزونانس در محفظه دوم توجه کنید. اگر فشار را در صدا خفه کن در شیب های دیگر رسم کنید، رزونانس هایی در محفظه های دیگر ظاهر می شود.