船用柴油機排氣消聲器聲學性能預(yù)測的邊界元法及實驗研究.pdf

1、消聲器是降低船用柴油機排氣噪聲的有效措施之一。鑒于消聲器內(nèi)部聲場的復(fù)雜性，通常要求使用三維數(shù)值方法預(yù)測其聲學特性。邊界元法是一種先進高效的數(shù)值方法，已被廣泛應(yīng)用于管道和消聲器聲學特性的預(yù)測。然而傳統(tǒng)邊界元法在處理大區(qū)域、高頻聲場問題時遇到了計算量和存儲量過大問題的限制。此外，傳統(tǒng)邊界元法還無法被用于預(yù)測具有較高馬赫數(shù)亞音速流中的聲傳播問題。為解決這些問題，本文開展了快速多極子邊界元法和雙倒易邊界元法研究。 針對靜態(tài)介質(zhì)中內(nèi)部聲學

2、問題的求解，本文發(fā)展了快速多極子邊界元法，闡述了其基本原理與數(shù)值實現(xiàn)過程，并首次將其成功地應(yīng)用于消聲器聲學性能的預(yù)測，研究和分析了它在預(yù)測消聲器聲學性能時存在的特殊規(guī)律。數(shù)值算例表明，該方法能獲得較高的計算精度，有效節(jié)約數(shù)據(jù)存儲量，并在一定頻率范圍內(nèi)節(jié)省大量計算時間。 對于具有較高馬赫數(shù)亞音速流時內(nèi)部聲學問題的求解，本文發(fā)展了一種雙倒易邊界元法，給出了其數(shù)值實現(xiàn)過程，并首次將其成功地應(yīng)用于預(yù)測有復(fù)雜流時管道和消聲器的聲學性能。與

3、傳統(tǒng)邊界元方法相比，該方法考慮了聲學控制方程中氣流馬赫數(shù)二階小量的影響，因此適用于具有較高馬赫數(shù)亞音速流的情況。數(shù)值算例驗證了該方法的正確性。 雙倒易邊界元法運算過程中一般包括3個矩陣的相乘和一個矩陣的求逆運算，所需的計算量至少為傳統(tǒng)邊界元法的13倍，這嚴重限制了其應(yīng)用與發(fā)展。另一方面，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的消聲器，直接應(yīng)用邊界元法時往往存在積分的超奇異性問題，使數(shù)值運算變得繁瑣，數(shù)值結(jié)果也往往具有較大的誤差。本文發(fā)展的子結(jié)構(gòu)雙倒易邊界