消声器传递损失计算案例
笔者的房子马上就要装修，由于卧室靠着高速路一侧，因此窗户的隔音效果需要非常好才行。言归正传，其实笔者在之前的工作中就有一段时间需要考虑噪声问题，后来由于种种原因草草了事。笔者有一个弱点就是睡眠环境要求非常高，对噪声非常敏感，因此很早之前就想搞搞噪声相关的知识，但是由于专业跨度较大，学习起来有点吃力……不知道读者群里对噪声模拟感兴趣的多不多，或者可以考虑多做一些噪声模拟案例，共同学习交流。今天，我们先做一个消声器的案例，求解其传递损失TL，计算软件为ANSYS Workbench。传递损失是消声器声学性能的一个重要特征参数，通常情况下，在某个频段下的传递损失值越高，这个消声器在这个频段的消声性能越强——来自糟糕的百度百科解释。
消声器结构来自于参考文献《Acoustic Analysis of a Perforated-pipe Muffler Using ANSYS》，进出口内径3.5cm，长度10.5cm，膨胀段内径15.33cm，长度20.32cm，如下图。 为了获得更为精确的解，网格单元尺寸不超过声波波长的1/6，本案例的媒介为空气，声速为343m/s，最大计算频率3000Hz，因此波长为0.1143m，于是单元尺寸0.019m，本案例取网格单元0.01m，网格划分如下。可以看到声学网格通常比CFD网格粗糙多了，因此在求解气动噪声时，通常会用精细的网格求解声源，之后插值到粗糙的声学网格进行声学计算。
在workbench建立声学分析模块，并重点设置空气的密度和声速。 设置频率选项，范围0-3000Hz，求解间隔50亦即TL曲线上有50个点，数量越多计算时间越长。 设置声学区域，本案例只建立的媒介区域，即空气，因此选择整个模型作为声学区域即可。 在进口面施加一个声源激励，入射压力1Pa，为了捕捉入口处的声反射，采用mass source替代压力边界，1Pa对应的mass source为2/声速=0.005826kg/m2s。
传递损失TL曲线如下，消声量最好为400Hz、1300Hz和2150Hz，最大消声量21.874dB。 为了跟实验结果对比，在求解设置中加入了用户自定义频率，这样就可以获得用户所关心的频率下的传递损失值。因此，计算结果的TL曲线上的点数是设置的频率间隔数加用户自定义的频率数，重叠的频率不重复计数。 传递损失TL曲线实验值和计算值对比如下图，可以看出整体较为贴合，在高频段有一定偏差。著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
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