强非线性条件下Helmholtz共振器喉部声学特性的研究.pdfVIP

强非线性条件下Helmholtz共振器喉部声学特性研究 、 刘克蒋剑彭锋 中国科学院声学所，北京100080 on theAcoustic Characterof Helmholtz Resonator，S Investigation Throat inthe Nonlinear Condition Ke，JiangJian，Peng ，LiuFeng Institute 100080 ofAcoustics．Chinese AcademyofSciences。Beijing Helmholtz共振器是声学上经常使用的一种高效消声装置，其特点是当共振器共振时，喉部进口很小 的压力脉动就会导致共振器中很大的质量流量振荡。由于喉部长度一般远小于波长，这里假设喉部流体运 动无相位差，在线性声场条件下可以推导得到共振器内部关系： 小岛+警)Q-卜·c所2S腼1ilQ 由此z…Ij Helmholtz共振器的共振频率09，为： 国= 这是不考虑系统中粘性的耗散作用得到的理想结果，在线性声场条件下它以被证明是正确的，但在非 线性情况下是否适用呢?由于非线性效应的影响。共振器本身的声学特性也有所改变。以往的试验已经发 现随着声压级的变化，共振器的共振频率会产生偏离、吸声系数也会变化。而这一切现象的产生又与共振 器喉部流体运动状况的改变是分不开的。对于非线性条件下Helmholtz共振器的研究并不是很多，而且仅 有的一些也是大部分针对共振器内部的驻波场，以及影响其共振状态的因素，对于共振器喉部非线性的研 共振器喉部一维动量方程中考虑喉部进出口截面突变造成的局部损失的非线性项，其余方程均是线性，并 利用声压与声学速度之问的线性关系。论文对共振器中共振器喉部热声边界层、喉部局部损失以及非零时 作用的声波衰减系数口表达式，建立了共振器喉部考虑局部损失的一维动量方程，给出了考虑共振器喉部 粘性耗散作用的边界层参数∥的表达式，并利用喉部动量方程，根据共振器中声能与外部激发源声能之比 得到Helmholtz共振器的消声系数。但全文仅考虑共振器喉部进出局部损失的非线性项，其余(包括方程) 作者简介：刘克(1956-)，男，北京人，博士，教授，博士生导师，从物理声学和环境声学研究。 Email：kevine@mail．ioa．ac．cn 一3一 均是线性，未讨论驻波管声场的非线性效应。理论和实验工作中均未考虑共振器对声源的反作用，实际上 声源辐射肯定共振器阻抗的影响，另外也没有论述如何消除声源本身的非线性畸变，这对实验结果也是有 影响的。 下，还可以用近似的层流理论来解释；在非线性条件下，就必须要涉及到湍流的问题了。D．Dely曾经用数 145dB，但已经明显出现了涡的产生和脱落的现象。可想而知在更强的非线性条件下，这一位置的流动情 况将会是十分为复杂的。 我们的工作首先，从数值模拟方i：丘：『，在考虑了非线性以及粘性影响的情况下，对共振器包括喉部的状 况进行计算。 测量传递函数的方法，可以对共振器阻抗进行测量。从中可以看出非线性的因素对丁．共振器的声学特性是 否有明显的影响，以及影响趋势如何。另一方面，可以通过测量声腔、喉部、以及喉部进出口的声压值来 初步了解这一部位的情