高温场变环境多孔金属声能耗散机理与转化机制研究

本项目针对多孔金属在高温场变环境下的应用背景；从填充流体介质的基本控制方程出发，考虑温度场变化与非线性对流作用，严格推导不同场边界和场变条件下温度-流动耦合波动方程和热传导方程组，并通过解析和数值模拟方法计算多孔金属和阻抗管内的声场、流场分布以及流体介质热力学变化，在此基础上深入分析高温场变环境材料耦合声能耗散机理和转化机制。此外，结合隔层传热学和管道声学实验准确获取阻抗管中间隔层的传热特性、插入损失、插入传递函数变化规律以及管内声场特性，以此对高温场变环境多孔金属耦合耗能的测试原理和方法进行深入分析和完善，最终，通过上述基础理论研究和科学实验手段准确揭示高温场变环境多孔吸声金属材料的耦合耗能机理与能量转化机制，为处理复杂非常规条件下多孔金属的工程应用提供理论基础。

整个项目围绕高温场变环境下多孔金属材料耦合耗能机理与转化机制开展研究，项目执行过程中，根据最新研究动态，我们对项目研究内容进行了适度的调整，对关键理论分析结果的实验验证及对部分高水平研究成果的梳理发表和专利申请比计划稍有滞后但总体上按照计划执行。考虑到国内多孔金属材料声学参数如动、静流阻、曲折度、特征长度等的测试仪器和手段很缺乏，而国际上对此类多孔金属材料性能表征参数又非常关注的实际情况，为更好、透彻地研究多孔金属材料的高温声学性能，项目中强化开展了多孔吸声材料重要声学参数测试方法及表征手段方面的理论和实验研究，以期获得可靠的研究结果。据此,项目组设计搭建了多孔金属材料静、动态流阻测试实验平台，借助该实验平台，对几种典型多孔金属材料在室温和高温条件下的静流阻、动流阻的变化及其非线性发展规律进行了实验测试和理论分析，目的是深入研究材料的非线性粘滞声能耗损机理。此外,项目组还设计搭建了多孔金属材料非线性声学性能测试平台，目的是对材料在高温环境下的非线性声传播和热、粘滞耗散特性展开深入试验研究。通过深入理论分析发现：高温场变环境下,声波在多孔金属材料中的传播和衰减实质上类似于非均匀介质中的波动共性问题研究范畴,而这种非均匀性又可以先通过改变声压级、流体质点速度间接入手开展研究,进而拓展至温度非均匀场变介质范畴.为此,项目组针对非均匀多孔材料中声传播与耗散特性进行了深入的理论分析和数值计算，研究成果为引入多孔金属温度场非均匀性奠定了理论基础。通过研究发现，温度场变化在声压波动方程中体现为出现耦合阻尼项,声能耗散的物理机制是由于温度梯度项的存在,流体质点在声扰动传播过程中,介质膨胀、压缩与外界吸热、放热之间的相位变化导致物理上声能量的衰减、加强甚至出现声振荡，并且此时声能耗散大小与临界温度梯度变化、材料声学参数直接相关.截止目前,本项目组已在本领域国际权威杂志《The Journal of the Acoustical Society of America》及境外高水平国际会议INTER-NOISE 2013, ICSV20上发表学术论文8篇, 其中,SCI收录1篇, EI收录3篇,ISTP收录2篇, 核心期刊2篇,1篇获第十二届宁夏自然科学优秀学术论文成果二等奖,做境外国际学术会议报告2次，其中1次为邀请报告.拟投稿本领域国际知名期刊论文2篇，拟申请发明专利1项。