如何选择合适的管道声学仿真软件
作者:管理员    发布于:2014-08-08 22:48:11    文字:【】【】【
摘要:管道声学理论,管道声学仿真分析软件,平面波理论,管道模态理论,GT-suite,LMS.Virtual.Lab,进排气分析,进排气声学分析

     目前,涉及到管道声学的行业较多,例如:汽车,航空,家电等等;同时,道声学仿真分析软件比较多,例如:LMS.Virtual.LabGT-SuiteRicardo Wave等。那么,该如何选择合适的仿真分析软件?这里面涉及到管道声学基本理论:平面波和管道模态理论。

     一般而已,对于汽车进排气声学分析,由于管道直径比较小,一维分析软件GT-SuiteRicardo Wave基本满足要求;对于航空航天,由于管道直径比较大,平面波理论不再适用,需要进行三维声学分析,例如管道模态传播理论应用。


1、平面波理论-汽车进排气声学

在汽车进排气管道所考虑的频率范围内,声波的波长远远大于这些管道的直径(50mm作用),因此在管道中,声波被认为以平面波的形式传播。声波在管道中传播,当到达管道顶端的时候,一部分声波会透过管道继续传播,而另一部分声波则被反射回去,形成反射波。如图1所示。

平面波理论


       由此可见,在汽车进排气声学分析中,可以认为声源的传播是是沿着管道轴向传播,由于声源的传播是一维的,因此,可以在汽车进排气声学分析时,可以采用一维声学分析软件,例如:GT-SuiteRicardo Wave等。


2、管道模态传播理论-航空

航空行业的管道直径一般都比较大(如500mm以上),其管路消声器声源无法采用平面波进行模拟,出口边界也不能使用传统的空气特性阻抗边界。如果仍然使用使用平面波理论,结果误差会比较大。因此,需要引入管道模态理论。管道模态理论中,管道声源产生压力波沿管路传播,管路中的压力波可以分解成无限个模态的叠加 (管路截面上求解拉普拉斯算子特征值),模态分为:周向模态和径向模态。如图2-3所示。管道模态传播与截止频率(Cut-off frequency)有关。截止频率是指一个给定的模态起始传播的频率,模态的截止频率取决于管路的半径和流速。

如果声源激励频率< fcut-off 模态呈指数衰减(or “cut-off”)

如果声源激励频率> fcut-off模态得以传播(or “cut-on”)

       由于管路模态理论是三维分析,因此,一维分析软件已经不再适用,这时,可以选择用LMS.Virtual.Lab等三维声学分析软件。

 管道模态分解示意图


不同阶次传播模态

激励频率大于截止频率才能传播


3、平面波与管道模态传播应用对比

       例如,对一个管径为250mm的排气消声器声学分析,分别采用平面波理论与管路模态理论。如果截止频率为1000Hz,那么,在小于1000Hz的频率范围内,基于平面波理论的一维分析软件(GT-suite等)已经具有足够的精度。但是,当分析频率大于1000Hz时,平面波理论产生了非常大的误差,这时,可以用管路模态理论,使用三维的声学分析软件,LMS.Virtual.Lab等。

平面波与管道模态传播应用对比





脚注信息
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