【技术实现步骤摘要】
本申请属于多分支有流管路领域，特别涉及一种管路系统的声学网络构建方法。
技术介绍
1、多分支有流管路在工业气体运输、暖通环控系统和航空航天领域都有重要的应用价值和研究意义，其中的声学问题具有多样性和复杂性。声波在管路系统中会沿不同的路径传播，产生多次反射，管内的反射会引起驻波现象，管道的拐角、分叉和特殊部件会引起散射，进一步引起声波的多态传播；长距离的传播必然使得声波在传播过程中产生衰减；管道中的气体流动在影响声波传播特性的同时，又会在特殊部件处诱发流致噪声源，多个噪声源之间的相互作用和耦合又反作用于管内整体的声场分布。
2、传统的经典管道声学理论基于过多的理想条件假设（如无摩擦、均匀材料和简单几何形状等），这与实际的复杂管路的情况往往有较大的差距，也未考虑流体与声波传播的复杂耦合效应。
3、数值仿真方法，如有限元等，能够在一定程度上满足对管路流场的预测需求，但对于工业级、大规模、高复杂度的管道系统，仿真需要大量的计算资源和时间，不利于快速设计和优化，特殊部件诱发的流致噪声也无法精准地进行解析或者数值描述。
4、所以需开发准确快速的复杂管道噪声预测方法，进而为低噪声管道系统设计奠定理论基础。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供了一种管路系统的声学网络构建方法，以解决现有的复杂管道噪声预测方法占用资源大、时间长的问题。
2、本申请的技术方案是：一种管路系统的声学网络构建方法，包括：
3、对复杂的管路系统进行分割并离散化，确
4、获取声源端的所有声学特征数据，将所有离散化的声源端简化为一端口模型；
5、获取各个节点的声学特征数据，声学特征数据包括体积流量和横截面积，对每个两端口模型、一端口模型和节点进行编号，而后根据各个节点的体积流量和横截面积分别建立节点散射矩阵；
6、获取所有两端口部件单元的两方向压力幅值，将所有的两端口部件单元的两方向压力幅值转化为压力矩阵；而后通过压力矩阵构造两端口部件单元的散射矩阵；
7、将所有两端口的压力幅值与节点散射矩阵关联，构建映射矩阵；根据一端口部件单元和二端口部件单元的所有声学特征数据，通过映射矩阵将所有两端口部件单元和一端口部件单元相互关联，形成声压散射关系矩阵。
8、优选地，所述两端口模型中，两个端口分别是入口端和出口端，表示每个端口连接的方向和声质量流动方向，每个端口均包括进出端口的压力幅值，各压力幅值表示为：
9、
10、其中，，分别为入口端和出口端的输出压力幅值；，分别为入口端和出口端的输入压力幅值；和分别为入口端和出口端的自噪声压力幅值；表示压力幅值在两端口中的散射关系。
11、优选地，所述一端口模型为：
12、
13、式中，为恒压源，为声源声阻抗，为恒流源。
14、优选地，所述节点散射矩阵包括正散射矩阵和负散射矩阵，正散射矩阵和负散射矩阵的具体获取方法为：
15、 假设节点的入口端口与出口端口具有相同的总和面积；此时体积流量定义为：
16、 (5)
17、式中，p+为两端口部件单元的输入压力幅值，p-为两端口部件单元的输出压力幅值，特征阻抗；其中为当地声速，为平面波传播的横截面面积，为管中介质密度；
18、由于所有连接到某个节点的体积流量之和等于该节点的总体积流量，则得到：
19、 (6)
20、其中，共有个两端口的部件单元连接至节点，是连接到节点的两端口部件单元的横截面积，是连接到节点的两端口部件单元的输入压力幅值，连接到节点的两端口部件单元的输出压力幅值；由式（5）和（6）组合得到：
21、 (7)
22、由于压力在所有的节点上是连续的，因此转化为：
23、 (8)
24、式(7)和式(8)一起得到：
25、 (9)
26、式中，为连接到节点的任意两端口部件单元的输入压力幅值，为连接到节点的同一个两端口部件单元的输出压力幅值；
27、结合式(7)和式(9)得到：
28、 (10)
29、其矩阵形式为：
30、 (11)
31、其中和分别是节点的正散射矩阵和负散射矩阵：
32、 (12)
33、和分别为进出节点的两方向压力幅值，是连接到节点的一端口的源强度。
34、优选地，所述声压散射关系矩阵为：
35、
36、其中和包含来自一端口部件单元和二端口部件单元的所有声学特征数据。
37、优选地，两端口部件单元的压力幅值包括声学网络矩阵、一个矩阵和两端口声源矩阵；其中表示该矩阵是完整的声学网络矩阵；表示它是两端口中的源强度；表示它是完整网络的源强度。
38、本申请的管路系统的声学网络构建方法，将复杂的管路系统离散为部件单元并重新以节点的形式将部件单元相连，形成声学网络图，采用声电类比机理，在已知部件单元的传递矩阵和声源特征前提下，构建复杂管道系统中单个管道中声压与系统全局声压之间的散射关系，建立管道系统全局声压和各个声源的映射矩阵，求得管路的内部声场，避免了经典管道声学理论和数值方法的缺陷，为复杂管路噪声快速预测提供一种简单有效的手段。
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1.一种管路系统的声学网络构建方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的管路系统的声学网络构建方法，其特征在于：所述两端口模型中，两个端口分别是入口端和出口端，表示每个端口连接的方向和声质量流动方向，每个端口均包括进出端口的压力幅值，各压力幅值表示为：
3.如权利要求1所述的管路系统的声学网络构建方法，其特征在于，所述一端口模型为：
4.如权利要求3所述的管路系统的声学网络构建方法，其特征在于：所述节点散射矩阵包括正散射矩阵和负散射矩阵，正散射矩阵和负散射矩阵的具体获取方法为：
5.如权利要求4所述的管路系统的声学网络构建方法，其特征在于：所述声压散射关系矩阵为：
6.如权利要求2所述的管路系统的声学网络构建方法，其特征在于：两端口部件单元的压力幅值包括声学网络矩阵、一个矩阵和两端口声源矩阵；其中表示该矩阵是完整的声学网络矩阵；表示它是两端口中的源强度；表示它是完整网络的源强度。
【技术特征摘要】
1.一种管路系统的声学网络构建方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的管路系统的声学网络构建方法，其特征在于：所述两端口模型中，两个端口分别是入口端和出口端，表示每个端口连接的方向和声质量流动方向，每个端口均包括进出端口的压力幅值，各压力幅值表示为：
3.如权利要求1所述的管路系统的声学网络构建方法，其特征在于，所述一端口模型为：
4.如权利要求3所述的管路系统的声学网络构建方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王彬文，杨嘉丰，燕群，薛东文，李卓瀚，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：
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