一种通用宽频时域阻抗边界条件的建立与验证

时域阻抗边界条件是采用时域方法数值模拟敷设声衬阻抗边界后声传播特性的核心技术，在航空发动机消声短舱和各种工业消声器的声学设计方面具有广泛的应用背景。已有的几种边界条件在适定性、宽频通用特性和包含切向流动效应方面均有各自的缺点，在声衬微孔吸声机制方面也存在争议，迄今尚未建立一种通用宽频且适定的时域阻抗边界条件。本项目将从声衬微孔吸声机制和宏观阻抗边界条件两方面开展研究，具体将基于高精度计算气动声学方法直接数值模拟切向流动影响下多微孔共振腔的吸声机制，将采用三参数模型和有理多项式相结合的形式，借用矢量拟合方法建立起通用的宽频阻抗模型，通过引入递推算法处理将频域阻抗模型变换到时域时出现的卷积，而切向流动的影响将基于微孔吸声机制获得的有效声阻抗模型进行描述，由此最终建立一种通用、适定且包含切向流动效应的宽频时域阻抗边界条件。研究将设计一维、二维的解析算例和三维机理实验进行一系列的验证。

声衬是商用航空发动机声学降噪的一项重要技术。由于声衬是由大量的亥姆霍兹共振腔组成，所以宏观的吸声能力是由声阻抗反应出来。在管道声学中声衬的理论阻抗模型一直是一个很重要的话题。近年来，高精度数值模拟方法开始应用于研究微流动机理并直接用于计算阻抗。本次报告将展示我们在声衬微流动机理模拟和阻抗建模方面最新的工作。首先介绍的是直接数值模拟研究，从结果中我们对声衬微流动和吸声机理有了进一步认识。基于对声衬微流动机理的理解，我们为阻抗表面的声传播建立了一个多自由度宽频阻抗模型和与之匹配的时域阻抗边界条件，并通过标准算例加以验证。通过模型计算得到的结果与参考结果完全一致，充分表明我们建立的方法能够准确描述声衬的宽频特性并精确预测宽频阻抗表面的声传播。