Page 60 - 《应用声学》2025年第2期

320 2025 年 3 月

微通道的入口处设置声源，声源参数与单层微 意的是，由于微通道内结构的复杂性，最后一个凹形
通道模型的初始参数相同，出口使用无反射边界 块处的声压差明显小于第一个凹形块，而最后一个
条件，固体块则采用标准反弹边界处理。对于二维 凸形块处的声压差则相对较大。这表明声波在复杂
平板粗糙微通道，采用结合反弹格式和镜面反射 结构微通道中的衰减程度不仅与微通道的结构有
格式的边界条件，以准确模拟声波与固体的相互作 关，还与声波的传播路径和多次反射的过程有密切
用 [26−27] 。模型的最高点为 H，在上边界和下边界 关系。
处，采用D2Q9模型的边界条件如下所示：
2
ܦԍࣨϙࣀ/(10 -3 muSts -2 Slu -1 ) 0
f 4 (x, H) = f 2 (x, H), P o ֓P q
P r ֓P s
f 7 (x, H) = bf 5 (x, H) + (1 − b)f 6 (x, H), 1
f 8 (x, H) = bf 6 (x, H) + (1 − b)f 5 (x, H), (26)

f 2 (x, 1) = f 4 (x, 1),
f 5 (x, 1) = bf 7 (x, 1) + (1 − b)f 8 (x, 1), -1
f 6 (x, 1) = bf 8 (x, 1) + (1 − b)f 7 (x, 1), (27)
-2
110 120 130 140 150 160
其中，反射系数 b 定义为与固体壁面交互作用中的 ௑ᫎ൦/ts
(a) ᯫࡋ˞Ѣॎڱ
反弹反射比例，(1 − b) 表示镜面反射比例。b = 1
对应于纯反弹反射，b = 0 对应于纯镜面反射，而 1.5 P c ֓P d
b = 0.7 时能够较好地处理固体壁面 [28] ，因此上下 1.0 P p ֓P f
边界均采用这种格式处理粗糙微通道边界，这表现 0.5
为更多的流体粒子将以漫反射的形式传播，更接近 ܦԍࣨϙࣀ/(10 -3 muSts -2 Slu -1 ) 0
实际的声波在固体边界处的传播现象。 -0.5
图 11 展示了首尾两个固体块左右两点声压幅
值差 ∆P 的曲线变化。如图11(a) 所示，当时间步为 -1.0
126 时，第一个凹形块左右两点的瞬时声压差达到 -1.5 110 120 130 140 150 160
峰值1.41 × 10 −3 。由于声波在粗糙通道中传播需要 ௑ᫎ൦/ts
(b) ᯫࡋ˞ѡॎڱ
一定的时间，在110个时间步之前，最后一个凹形块
处的声压差一直为 0。当时间步为 132时，最后一个 图 11 首尾固体块左右两点声压差时序变化

凹形块处的声压差刚刚达到峰值4.07 × 10 −4 。与第 Fig. 11 Time series variation of sound pressure
difference between the left and right points of the
一个凹形块相比，最后一个凹形块左右两点的声压
solid block
差峰值明显较小。图 11(b) 为首尾凸形块上的声压
幅值变化。当时间步为 126 时，第一个凸形块左右 图 12 进一步呈现了凹形块和凸形块粗糙微通

两点的声压差达到峰值 1.26 × 10 −3 ，经过 6 个时间 道的声压幅值差。实线代表凹形块通道的声压幅值
步，最后一个凸形块左右两点的声压差峰值达到最 差，虚线代表凸形块通道的声压幅值差。观察到凹
大值，为4.35 × 10 −4 。与凹形块的模拟结果相似，声 形块通道的声压幅值差峰值大于凸形块通道的峰
波从第一个凸形块传播到最后一个凸形块后，声压 值，说明在相同面积条件下，使用凹形块粗糙微通道
幅值有明显的下降。上述模拟均表明了声波在微通 的吸声效果更为显著。
道中的传播经历了多次反射和衍射，导致声波的干 以上分析说明，采用固体块代替粗糙壁面的微
涉和衰减。特别是在复杂结构的微通道中，声波受 通道结构能够引起声波的多次反射和衍射，显著提
到多个固体块的阻碍，使得声波经历的反射次数增 高声波在微通道中的能量损失，使得吸声效果更为
加，从而引起声能的逐步损失，每次反射都导致一部 显著，尤其是在凹形块通道中。这为设计和优化吸
分声能损失，表现为声压振幅的明显下降。值得注 声材料提供了新的思路和参考。