孔隙尺度下多孔介质声传播的格子Boltzmann数值模拟研究
本文关键词：孔隙尺度下多孔介质声传播的格子Boltzmann数值模拟研究
【摘要】：多孔介质声学在科学及工程方面都有着极为广泛的应用,因此它受到人们越来越多的关注。通过对声波在多孔介质中传播机理尤其是微观机理更好的理解,人们可以对于水下噪声进行更好的控制。然而,现如今大部分对多孔介质声学的研究都是从宏观角度出发的,而微观角度上的研究却很少。本文中,我们应用一种介观的方法即多松弛格子Boltzmann方法从孔隙尺度来模拟声波在多孔介质中的传播,以期获取多孔介质中重要结构参数(孔隙率、弯曲率、颗粒特征尺寸等)与声波自身特性(频率)对于介质中声波透射的影响。文中,我们使用一种间接的方法,应用格子Boltzmann方法通过模拟分子的扩散过程得到多孔介质的弯曲率。模拟的结果显示不同的固体颗粒形状以及不同排列情况都会对多孔介质的弯曲率的大小产生影响。最后,通过数值的模拟,我们探究多孔介质的长度、孔隙率、弯曲率、固体颗粒的大小形状以及声波角频率的变化对声波透射系数的影响。可以发现,当声波在多孔介质中传播的过程中,多孔介质样品的长度、弯曲率、固体的颗粒的大小及声波本身的频率对声波的透射发挥了重要的作用。由于孔隙率和弯曲率之间的对应关系,孔隙率对声波透射的影响可以被包含在弯曲率对声波透射的影响之中。最终可以获得经验公式,形式为Tc=exp[-(c·A(T)L+B(T))],其中Tc为声波的透射系数,它等于声波透过多孔介质后声压的幅值Pout与入射波声压幅值A之间的比值。C为与颗粒大小相关的系数,A(T)与B(T)分别为与弯曲率大小相关的三次方程,其中系数的选择与声波的频率及孔隙内介质的性质有关。同时,模拟的结果显示随着声波频率的逐渐减小,声波的透射系数会达到极限值,该极限值等于当入口端压强为定值时透过多孔介质后的透射系数。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O357.3;TB56
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，本文编号：1271082
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