孔隙尺度下多孔介質聲傳播的格子Boltzmann數值模擬研究.pdf

1、多孔介質聲學在科學及工程方面都有著極為廣泛的應用，因此它受到人們越來越多的關注。通過對聲波在多孔介質中傳播機理尤其是微觀機理更好的理解，人們可以對于水下噪聲進行更好的控制。然而，現如今大部分對多孔介質聲學的研究都是從宏觀角度出發(fā)的，而微觀角度上的研究卻很少。本文中，應用一種介觀的方法即多松弛格子Boltzmann方法從孔隙尺度來模擬聲波在多孔介質中的傳播，以期獲取多孔介質中重要結構參數（孔隙率、彎曲率、顆粒特征尺寸等）與聲波自身特性（頻

2、率）對于介質中聲波透射的影響。文中，我們使用一種間接的方法，應用格子Boltzmann方法通過模擬分子的擴散過程得到多孔介質的彎曲率。模擬的結果顯示不同的固體顆粒形狀以及不同排列情況都會對多孔介質的彎曲率的大小產生影響。最后，通過數值的模擬，我們探究多孔介質的長度、孔隙率、彎曲率、固體顆粒的大小形狀以及聲波角頻率的變化對聲波透射系數的影響。可以發(fā)現，當聲波在多孔介質中傳播的過程中，多孔介質樣品的長度、彎曲率、固體的顆粒的大小及聲波本身的

3、頻率對聲波的透射發(fā)揮了重要的作用。由于孔隙率和彎曲率之間的對應關系，孔隙率對聲波透射的影響可以被包含在彎曲率對聲波透射的影響之中。最終可以獲得經驗公式，形式為Tc=exp[-(C·A(T)L+B(T))]，其中Tc為聲波的透射系數，它等于聲波透過多孔介質后聲壓的幅值Pout與入射波聲壓幅值A之間的比值。C為與顆粒大小相關的系數，A(T)與B（T)分別為與彎曲率大小相關的三次方程，其中系數的選擇與聲波的頻率及孔隙內介質的性質有關。同時，模