孔隙尺度下多孔介質(zhì)聲傳播的格子Boltzmann數(shù)值模擬研究.pdf

1、多孔介質(zhì)聲學(xué)在科學(xué)及工程方面都有著極為廣泛的應(yīng)用，因此它受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。通過對(duì)聲波在多孔介質(zhì)中傳播機(jī)理尤其是微觀機(jī)理更好的理解，人們可以對(duì)于水下噪聲進(jìn)行更好的控制。然而，現(xiàn)如今大部分對(duì)多孔介質(zhì)聲學(xué)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(yīng)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(zhì)中的傳播，以期獲取多孔介質(zhì)中重要結(jié)構(gòu)參數(shù)（孔隙率、彎曲率、顆粒特征尺寸等）與聲波自身特性（頻

2、率）對(duì)于介質(zhì)中聲波透射的影響。文中，我們使用一種間接的方法，應(yīng)用格子Boltzmann方法通過模擬分子的擴(kuò)散過程得到多孔介質(zhì)的彎曲率。模擬的結(jié)果顯示不同的固體顆粒形狀以及不同排列情況都會(huì)對(duì)多孔介質(zhì)的彎曲率的大小產(chǎn)生影響。最后，通過數(shù)值的模擬，我們探究多孔介質(zhì)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(duì)聲波透射系數(shù)的影響。可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聲波在多孔介質(zhì)中傳播的過程中，多孔介質(zhì)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(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系，孔隙率對(duì)聲波透射的影響可以被包含在彎曲率對(duì)聲波透射的影響之中。最終可以獲得經(jīng)驗(yàn)公式，形式為Tc=exp[-(C·A(T)L+B(T))]，其中Tc為聲波的透射系數(shù)，它等于聲波透過多孔介質(zhì)后聲壓的幅值Pout與入射波聲壓幅值A(chǔ)之間的比值。C為與顆粒大小相關(guān)的系數(shù)，A(T)與B（T)分別為與彎曲率大小相關(guān)的三次方程，其中系數(shù)的選擇與聲波的頻率及孔隙內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。同時(shí)，模