基于格子Boltzmann方法的柔性管道内声传播数值模拟研究

发布时间：2020-06-19 10:41

【摘要】：声波在柔性边界上传播的问题不仅在自然界广泛的存在,而且在工程上有着非常重要的应用,例如声波在海底泥沙中的传播、柔性多孔介质材料的吸声等,因此声波在柔性边界传播的问题越来越受到人们的关注。为了更加简单的研究声波在多孔介质中传播这类问题,人们通常将其简化为管道模型,对声波在管道内传播的研究,既能反映这类问题的基本物理规律,又能使研究变得简单。我们考虑到泥沙等都具有一定的柔性,为了更加真实的刻画声波在此类介质中的特性,本文选择了柔性管道这一即简单又兼具复杂特性的模型对其进行研究。声波在柔性管道内的传播包含声学、流体力学、弹性力学等多个学科,并且涉及到复杂的流固耦合界面,目前人们对声波在柔性边界传播这类问题的研究还不够充分。本文应用一种介观方法即多松弛格子Boltzmann方法对声波在柔性管道内的传播进行研究。我们选择格子弹簧模型对柔性壁面进行建模,对于流固耦合界面,我们使用浸入式边界-格子Boltzmann方法来处理,整个声场的计算我们通过流体演化以后得到的密度信息求得。通过数值模拟研究,我们得到:(1)柔性壁面的参数(杨氏模量、柔性层与管道内流体的密度比)以及柔性管道内不同性质的流体对声波传播的影响。当柔性壁面的密度比比较小时,柔性管道对声波的传播影响较大,而且当声波的频率与柔性固体的固有频率接近时,声波衰减的数值会有明显的增大。(2)相比于管道中的介质为水的情况,介质为空气的时,柔性管道对声波衰减的影响很小。(3)本文还研究了柔性管道对不同波长的声波传播的影响,就总体趋势来说,随着波长的增大,柔性管道使声波衰减的数值更大,在λ=170时,由于声波频率与柔性壁面的固有频率相近,所以声波衰减的更大。(4)本文还模拟了橡胶材料对不同波长的声波的影响,在管道中的介质为空气时,柔性管道对各波长的声波影响很小,但是对于管道中的介质为水时,柔性管道对某些波长范围内的声波影响很大。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P733.2;TB56

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本文编号：2720679