Page 62 - 《应用声学》2025年第2期

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长度范围为 2 ∼ 8，块与块的间隔为 2，通道中心作 变化时通道中心的声压幅值变化情况，凸形块的左
为观测点。图 15(a) 为声波在凹形块通道中传播时 右宽度为 1，底部长度变化范围为 4 ∼ 10，中间长度
微通道中心的声压幅值变化情况。随着凹形块的长 范围为 2 ∼ 8，间隔为 2，观测点位于观察通道中心。
度变化，声压峰值逐渐出现并随时间推移增加。当 由图15(b)可知，当t = 184 时，l 5 = 4的声压幅值曲
t = 190 时，第一个峰值出现在 l 1 = 4 处，其数值为 线到达第一峰值 4.74 × 10 −3 ，紧接着，l 5 分别为 6、

2.44 × 10 −3 ，这时声压峰值最大。经过一个时间步 8 的声压幅值曲线逐渐到达声压峰值 3.27 × 10 −3 、
后，当 l 2 = 6 时，声压峰值达到 1.62 × 10 −3 。显然， 1.88 × 10 −3 ，当 l 5 = 10 时，声压峰值出现最低峰值
凹形块底部长度为 4 时的声压峰值大于底部长度为 1.05 × 10 −3 。因此，凸形块通道和凹形块通道一样，
6 时的声压峰值。同样地，当凹形块底部长度从 8 增 随着固体块长度增加，声压幅值越来越低，衰减越来
加到 10 时，声压幅值会急剧下降，分别得到峰值为 越剧烈，固体块长度和声压幅值呈负相关。

1.28×10 −3 和9.36×10 −4 。当凹形块底部长度为10 综上所述，在不同结构和尺寸的微通道中，通
时出现最小峰值。结果表明随着凹形块底部长度的 过凹形块代替的粗糙通道具有更显著的吸声效果，
增大，微通道中心的声压峰值逐渐降低，说明固体块 而通过改变凹形块和凸形块的长度，可以调控声波
长度的增加对声传播产生了更多的阻碍，因此通过 在通道中的衰减程度，为粗糙微通道的设计和性能
增大凹形块的长度可以增加声波的衰减程度。 优化提供了深入的认识。

3
4 结论
ܦԍࣨϙ/(10 -3 muSts -2 Slu -1 ) -1 1 0 l  =4 性进行了研究。首先，对一维线源多松弛模型和无
2
本文采用 LBM 对粗糙壁面微通道中声传播特

反射边界模型进行分析，验证了 LBM 模拟声传播
模型的可行性。接着，建立了单/双层微通道中声传
l =6
-2
l  =8
l  =10 播模型，探究声传播过程及水平声压幅值的分布情
况。同时考虑了声波波长、通道宽度、通道间距的改
-3
160 170 180 190 200 210 变对声波衍射造成的影响。进一步，建立了二维平
௑ᫎ൦/ts
(a) Ѣॎڱᤰ᥋ 板粗糙微通道和粗糙单层微通道两种结构模型，其
中，二维平板粗糙微通道放置多个固体块并且忽略
6 4 固壁的影响，粗糙单层微通道放置单个固体块并且
ܦԍࣨϙ/(10 -3 muSts -2 Slu -1 ) -2 2 0 l  =4 生声压差，并且随着声波向右传播，固体块左右两点
考虑固壁的影响。结果表明，声波经过固体块会产

的声压差峰值也逐渐降低。最后将两种模型得到的
结论进行对比分析，验证了声波在凹形固体块代替
l =6
-4
l  =10
综上，LBM是描述不同结构的壁面微通道内声
传播过程的有效数值工具。通过深入探索壁面微通
-6 l  =8 的粗糙微通道中传播的衰减程度大于凸形固体块。
160 170 180 190 200 210
௑ᫎ൦/ts 道的结构和声源参数对声传播影响，可更好地理解
(b) ѡॎڱᤰ᥋
和优化声吸收材料的性能，并为声学装置设计、热
图 15 不同固体块长度下观测点声压幅值变化时序图 管理系统优化等相关工程应用提供指导。
Fig. 15 Time series diagram of sound pressure
amplitude variation at observation points under
参 考 文 献
different solid block lengths
最后，通过改变凸形块的长度来研究粗糙通道
[1] 牛燕飞. 通孔式消声器吸声材料及其消声特性的研究 [D]. 哈
中心的声压幅值变化。图 15(b) 展示了凸形块长度 尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.