采用泡沫金屬材料作聲襯的流場(chǎng)特性分析研究

王 鑫，潘 凱，劉興強(qiáng)，段宇星

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西 西安 710065)

1 引 言

泡沫金屬具有良好的聲吸收特性，很多學(xué)者基于理論和試驗(yàn)對(duì)泡沫金屬的聲學(xué)特性進(jìn)行了研究。M.A.Biot[1]提出了一種基于固相和液相之間黏性、黏彈性和慣性耦合作用的傳聲模型，并研究了在不同頻率下多孔材料的聲吸收特性。Johnson[2]等研究了牛頓流體在多孔介質(zhì)中孔隙壓力梯度下的高頻漸近特性，定義了黏性特征長(zhǎng)度這個(gè)宏觀物理參數(shù)，提出了孔的微觀幾何形狀與黏性特征長(zhǎng)度相關(guān)的結(jié)論。Champoux等[3]研究了孔壁附近的邊界層上空氣飽和材料不同流體層間的熱交換效應(yīng)，同時(shí)引入了熱特征長(zhǎng)度，針對(duì)高孔隙率多孔材料構(gòu)建了一個(gè)新型模型，除靜流阻之外又引入兩個(gè)新的參數(shù)。盧天健等[4]基于對(duì)泡沫金屬和用于制造泡沫金屬的高分子基體材料的試驗(yàn)，提出了聲波通過(guò)泡沫金屬傳播的3種黏滯模型。

目前，對(duì)泡沫金屬材料聲學(xué)性能的研究主要集中在理論計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試兩個(gè)方面，對(duì)其應(yīng)用的研究較少，尤其是在航空領(lǐng)域的研究。本文將泡沫金屬作為聲襯結(jié)構(gòu)研究其流場(chǎng)特性，將泡沫金屬材料作為聲襯邊界，建立泡沫金屬聲襯邊界條件，對(duì)其聲場(chǎng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬。

2 控制方程與邊界條件

泡沫金屬是一種具有多孔性的金屬材料，其流場(chǎng)特性可以等效為多孔介質(zhì)流場(chǎng)特性。多孔介質(zhì)模型定義為在多孔介質(zhì)的區(qū)域結(jié)合了一個(gè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)為主的流動(dòng)阻力，即在動(dòng)量方程上疊加一個(gè)動(dòng)量源項(xiàng)。……