比翱研究院丨空气饱和静态多孔材料中声传播的传输参数：综述

传输参数在表征微几何的热粘性行为方面起着关键作用。半现象学模型为建立多孔材料的动态行为与这些传输参数之间的联系提供了有价值的工具。但是，每个模型在可以准确表示的频率范围和材料类型方面都有其局限性。

文献中最常用的半现象学声学模型之一是Johnson-Champoux-Allard-Lafarge（JCAL）模型。JCAL模型的频率效度范围以及通过数值和实验评估所有传输参数的可能性使其成为文献中的主要模型。该模型需要了解六个传输参数，称为孔隙率φ、流阻率σ、热特性长度Λʹ、粘性特征长度Λ、曲折度α_∞和静态热渗透率kʹ₀，它建立多孔材料的微观几何特征与其在声波作用下的宏观行为之间的联系。JCAL模型适用于所有类型的多孔材料，并且可以使用合适的设备测量所需的传输参数。

随着增材制造的最新进展，现在可以创建具有精确和可调控几何形状的多孔材料。因此，了解微观几何形状和传输参数之间的关系对于设计具有特定声学特性的多孔材料至关重要。

本研究全面概述了表征JCAL模型所涉及的所有传输参数。它综合了用于评估这些参数的各种直接、间接和逆向测量技术。此外，还提出了从材料的代表性基本体积（REV）评估传输参数的计算方法。最后，本研究从现有文献中汇编了传输参数与晶胞微观几何之间的现有相关性。

此项工作的研究创新和贡献包括：

•对控制静态多孔材料中声传播的传输参数进行了全面综述

•收集并研究了各种多孔材料，包括各种材料类型

•综合了最先进的传输参数评估方法

•这些公式适用于声学和传输现象应用的材料设计

多孔材料通常用于不同的声学应用（Allard和Atalla，2009年，Swift，1998年）。声波在充满空气的多孔介质中的传播可以用求解Navier-Stokes方程以及连续性和能量方程来描述。在声学领域，已经开发了不同的模型来描述声音在多孔介质中的传播。

经典译著丨《多孔介质中的声传播：吸声材料的建模》

本研究的目的是对传输参数进行综述，特别关注在微观几何形状已知的情况下如何通过数值模拟确定它们，以及如何通过实验测量它们。此外，还报告了文献中发现的各种类型材料的传输参数的相关性。一旦确定了所需的声学特性，这些相关性的知识就代表了一种能够表征多孔材料几何骨架的设计工具。

图文快览

左侧是宏观尺度描述，右侧是周期性多孔介质的微观尺度描述

来自JCAL模型的无量纲复密度和复体积模量

文献中传输参数的直接测量设置

不同的孔隙率测量系统：（a）Beranek的系统（Beranek，2005）（b）空气体积比（Leclaire等人，2003年）

流阻测量系统：ISO 9053-1流阻测量设置（ISO - ISO 9053-1：2018、2021）

用于测量流阻的交流法，ISO 9053（ISO - ISO 9053-2：2020、2021）

测量流阻率的声学方法：（a）Dragonetti等人建立（Dragonetti等人，2011年），（b）Ingard和Dear建立（Ingard等人，1985年）

动态渗透率测量系统：Smeulders等人建立（Smeulders et al.1992）

超声设置测量（Fohr et al.n.d.）

用于测量静态热导率的Tarnow声学装置 （Tarnow，1998）

传输参数的数值计算基于三个非耦合稳态问题

无量纲粘性（热）渗透率

此篇综述研究了如何使用实验方法、数值模拟和分析相关性来评估传输参数。这可能有助于研究人员为其特定应用选择合适的微观几何形状。此外，由于增材制造技术允许实现具有精确控制几何形状的多孔材料，因此还提供了设计多孔材料新微观几何形状的关键工具。

原文来源：International Journal of Heat and Fluid Flow，Volume 108, September 2024, 109426；Transport parameters for sound propagation in air saturated motionless porous materials: A review

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