● 摘要
声衬被广泛应用于航空发动机短舱中来降低发动机的噪声。声衬主要由蜂窝结构加穿孔板组成，这种结构可以看成按一定规则排列的亥姆霍兹共振腔。由于声衬是由大量的共振腔组成，所以其宏观的吸声能力是由声阻抗反映出来。目前普遍应用的计算声衬声阻抗的方法是半经验公式的理论方法，同时也可以从流管实验所测得的声场中得到声衬的声阻抗。为了设计吸声效果更好的声衬，需要理解声衬的吸声机理，但是以上方法都不能对声衬的吸声机理给出更深入和全面的解释。本文通过数值模拟方法对共振腔的吸声机理进行了研究。利用直接数值模拟方法对二维可压NS方程进行求解，采用频散相关保持格式对主控方程进行空间离散，时间推进采用优化的低频散低耗散龙格库塔法（LDDRK56），在边界处采用了高精度的无反射边界条件。整个论文工作主要包括以下几个方面内容：1.对无流动情况下共振腔吸声问题进行了研究，并与实验结果进行对比以验证论文中采用的数值模拟方法的可靠性。首先对低声压级声波入射时进行了数值模拟，并将结果与实验结果进行了对比，符合得很好。之后对高声压级声波入射时进行了数值模拟，采用了双传声器法与实验方法进行对比，并分析了共振腔反射系数沿阻抗管壁面的变化。同时还对无流动情况下共振腔吸声的机理进行了分析，认为随着入射声波声压级和频率的不同，共振腔吸声机理可以分为三种不同模式。2.对有流动情况下共振腔吸声问题进行了研究。首先对单个共振腔在切向流作用下的吸声过程进行了数值模拟，分析了切向流动对共振腔吸声过程的影响，认为切向流对从腔口处脱落到腔内和腔外的涡有明显的抑制作用。之后对两个共振腔在切向流作用下的吸声过程进行了数值模拟，进一步分析了在切向流作用下共振腔之间的相互作用。认为在两个共振腔之间的固壁处，存在一层由于受共振腔影响而随时间波动的薄层，从而使得两共振腔之间存在相互影响，当入射声波的声压级比较高的时候，这种相互影响要大，并且会对共振腔的吸声过程造成影响。通过对比单个共振腔和两个共振腔的情况可以看到，后者没有出现涡脱落现象，说明共振腔之间存在着影响，这种影响使得在相同工况和入射声波下，声衬相对于单个共振腔更不容易出现涡脱落现象。3.对多孔形式的声衬进行了数值模拟。随着时间的变化，流动会周期性的流进流出微孔，从而与微孔壁面发生摩擦，这是声波耗散的主要来源。此算例各孔之间的相互影响很大，从而在声衬表面形成一层随时间脉动的薄层。