امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز

View Categories

امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز

5 min read

امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز
شرایط امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز تلفات ناشی از اتلاف حرارتی و چسبناک در لایه‌های مرزی صوتی در یک دیوار را اضافه می‌کند. این وضعیت گاهی اوقات به سادگی به عنوان مدل BLI شناخته می شود. تلفات به صورت محلی همگن شده، که در آن تلفات از طریق لایه های مرزی به صورت تحلیلی یکپارچه می شوند، گنجانده می شوند. این شرط در مواردی قابل اجرا است که لایه های مرزی با هم تداخل نداشته باشند. یعنی در یک موجبر بسیار باریک (با ابعاد قابل مقایسه با ضخامت لایه مرزی) یا در مرزهای بسیار منحنی قابل اجرا نیست. به غیر از آن، هیچ محدودیتی در شکل هندسه وجود ندارد. این برخلاف آکوستیک منطقه باریک استویژگی که فقط در موجبرهای با مقطع ثابت قابل استفاده است، اما برای همه فرکانس‌ها، یعنی در مورد بسیار باریکی که در آن لایه‌های مرزی با هم همپوشانی دارند نیز قابل استفاده است. ضخامت لایه های مرزی چسبناک و حرارتی با استفاده از
که در آن ω فرکانس زاویه ای، μ ویسکوزیته دینامیکی، ρ چگالی، k ضریب هدایت حرارتی، و Cp ظرفیت گرمایی (ویژه) در فشار ثابت است .
شرط امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز با تعریف سرعت عادی به داخل – n · v در مرز بر حسب فشار و مشتقات مماس آن، یک شرط مرزی امپدانس مانند اضافه می کند:
در جایی که bnd یک منبع تغییر دمای مرزی ممکن است، n یک منبع سرعت نرمال ممکن است، و یک منبع سرعت مماسی ممکن است (مولفه‌های نرمال و مماسی از یک بردار سرعت محاسبه می‌شوند). عبارت اجرا شده تعمیم عبارت ارائه شده در Ref. 53 شامل دمای مرزی و منابع سرعت. منابع سرعت در Ref ارائه شده است. 54 اما بدون احتساب اثرات حرارتی. اثرات حرارتی (بدون منبع) در Ref. 55 . ایده کلی فرمول امپدانس لایه مرزی را می توان در Pierce، Ref. 5(به معادله 10-4.12 در بخش 10-4 در مورد تئوری لایه مرزی آکوستیک مراجعه کنید).
 
امپدانس لایه مرزی در آموزش بلندگوی MEMS پیزوالکتریک استفاده شده است . مسیر کتابخانه برنامه: Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/piezo_mems_speaker
ورودی مدل
مقداری برای دمای (تعادل یا مرز) T (واحد SI: K) وارد کنید. این فیلد همیشه ضروری است زیرا دما عبارت شرط مرزی را وارد می کند. این مربوط به دمای تعادل 0 در رابط های ترموویسکوز است.
انتخاب سیستم مختصات
یک سیستم مختصات را انتخاب کنید : سیستم مختصات جهانی (پیش فرض) یا سیستم مرزی 1 (sys1) . اگر سیستم های مختصات بیشتری در مدل وجود داشته باشد، در لیست نیز نشان داده می شود. از گزینه برای وارد کردن بردار سرعت استفاده می شود.
وضعیت مکانیکی
شرایط مکانیکی را که برای دیوار/مرز اعمال می‌شود انتخاب کنید : بدون لغزش (پیش‌فرض)، لغزش ، سرعت ، یا سرعت عادی (لغزش) . این گزینه‌ها بیشتر شرایط مکانیکی مربوطه را ارائه می‌دهند که می‌توان با استفاده از Thermoviscous Acoustics، Frequency Domain Interface تنظیم کرد .
بدون لغزش ، وضعیت پیش فرض در دیواری که حرکت نمی کند.
لغزش ، شرایط در دیواری که حرکت نمی کند و اثرات لایه مرزی چسبناک نادیده گرفته می شود.
سرعت ، یک دیوار متحرک/ارتعاشی که در آن اثرات لایه مرزی چسبناک در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال، یک حرکت دیوار مماسی خالص، صدا تولید می کند. در مورد بدون ضرر اینطور نیست.
سرعت نرمال (لغزش) ، دیوار متحرک/ارتعاشی که در آن اثرات لایه مرزی چسبناک نادیده گرفته می‌شود، تنها جزء نرمال حرکت دیوار به تولید صدا کمک می‌کند.
وضعیت حرارتی
شرایط حرارتی را که برای دیوار/مرز اعمال می‌شود انتخاب کنید : همدما (پیش‌فرض)، آدیاباتیک ، تغییرات دما ، یا دیوار رسانای حرارتی . این گزینه ها بیشتر شرایط حرارتی مربوطه را ارائه می دهند که می توانند با استفاده از Thermoviscous Acoustics، Frequency Domain Interface تنظیم شوند . برای شرایط حرارتی دقیق در دیوارها، رابط های چندفیزیکی برهمکنش ترموویسکوز آکوستیک-ترموالاستیسیته را در نظر بگیرید .
همدما ، شرایط پیش فرض در یک دیوار جامد. از آنجایی که رسانایی گرمایی جامدات مرتبه‌ای بزرگتر از سیالات است، شرایط همدما برای سیال در بیشتر موارد تقریب خوبی است.
آدیاباتیک ، شرایط در دیواری که اثرات مرزی حرارتی نادیده گرفته می شود.
تغییرات دما ، شرایط دمایی نوسانی را در مرز اعمال می‌کند.
برای دیوار رسانای حرارتی، بخش جدیدی از ویژگی های دیوار (به زیر مراجعه کنید) ظاهر می شود.
خواص دیوار
این بخش زمانی قابل مشاهده است که گزینه Thermally Conductive Wall انتخاب شده باشد. انتخاب کنید که مواد دیوار از کجا گرفته شده است (اینها ویژگی های دیوار جامد مجاور سیال هستند). پیش‌فرض ماده Boundary است (به یاد داشته باشید اگر از این گزینه استفاده می‌شود یک ماده را به مرز اختصاص دهید و از گزینه‌ای متفاوت از ماده Fluid استفاده کنید ) یا در صورت تمایل یک ماده خاص را انتخاب کنید.
خواص مواد لازم برای دیوار را وارد کنید. چگالی ρw ، هدایت حرارتی kw ، و ظرفیت حرارتی در فشار ثابت . به طور پیش فرض آنها از مواد گرفته می شوند . برای User تعریف شده یک مقدار برای ویژگی وارد کنید. 
نوع دیوار را به عنوان دیوار بینهایت یا دیوار محدود انتخاب کنید . این گزینه‌ها نمایه دمای تحلیلی مورد استفاده برای مدل‌سازی دیواره جامد مجاور حوزه سیال را کنترل می‌کنند (برگرفته از کار ارائه شده در کد 72 ). اگر دیوار محدود انتخاب شده است، ضخامت دیوار d (واحد SI: m) را وارد کنید و شرایط دیواره پشتی را به صورت ایزوترمال یا آدیاباتیک انتخاب کنید .
خواص سیالات
انتخاب کنید که ماده سیال از کجا گرفته شده است. پیش‌فرض ماده Boundary است (به یاد داشته باشید در صورت استفاده از این گزینه یک ماده را به مرز اختصاص دهید) یا در صورت تمایل یک ماده خاص را انتخاب کنید.
خواص مواد لازم را برای سرعت صوت c , چگالی ρ , ظرفیت حرارتی در فشار ثابت p , نسبت گرمای ویژه γ , هدایت حرارتی k و ویسکوزیته دینامیکی μ را وارد کنید . به طور پیش فرض آنها از مواد گرفته می شوند . برای User تعریف شده یک مقدار برای ویژگی وارد کنید.