基于Comsol的花瓣形穿孔微穿孔板的吸声理论仿真

研究背景：

为了抑制噪声污染，已经开发了许多吸声材料和结构。传统的吸声材料，如开孔泡沫和纤维棉，随着时间的推移会劣化，因为小颗粒常常从这些多孔材料的骨架中脱落。此外，脱落的小颗粒可能污染建筑物内的空气，并危害人类健康。因此，穿孔板吸收器是建筑物和住宅的有吸引力的选择。在当前的研究中，系统地改变了传统圆形穿孔的横截面形态，并提出了一种通用的MPP理论，以解释穿孔形状对吸声的影响。预计将穿孔形状从圆形改变为花瓣会扩大MPP的表面阻抗，因此在某些情况下可以提高其吸收性能。

研究内容：

与普通的带圆形穿孔的MPP不同，提出了一种独特的带花瓣形穿孔的MPR吸收器。通过精确考虑花瓣形射孔孔中的流体速度，建立了花瓣形射孔的MPP吸声理论。该理论可以解释穿孔形态（从圆形到花瓣）改变对吸声的影响。通过有限元仿真验证了所提出的理论，并取得了良好的一致性。比较了具有花瓣形穿孔的MPP与具有相同孔隙率的传统MPP的吸声性能。研究表明，孔形状的变化显著改变了流体速度场和孔内/孔外的流动电阻率，因此，在所考虑的情况下，具有花瓣状性能的拟议MPP的吸声性能可以优于传统MPP。

图.花瓣形微穿孔的示意图

技术路线：

在Comsol中对圆孔形微穿孔板和花瓣形微穿孔板结构进行有限元仿真分析。（假设孔与孔之间的影响忽略，因此在模型建立时，只建立单个微孔进行有限元分析）

1. 几何模型的构建。

图.左图为一个圆形微孔的有限元模型(d=1 mm, t=6 mm, D=50 mm, φ=0.0625);右图为一个花瓣形微孔的有限元模型(d=1 mm, t=6 mm, D=50 mm, φ=0.0625, e = 0.1,n=8)。

2. 添加研究，对两种微穿孔板吸声体的吸声系数进行频率分析：

图.圆形微穿孔板的吸声系数有限元结果

图.花瓣形微穿孔板的吸声系数有限元结果

与文献中的结果对比：

图(a)文献中具有圆形和花瓣形穿孔的MPP的吸声系数:理论预测与有限元仿真结果的比较；(b)Comsol中复现的有限元仿真结果。