Acoustics Module

Software für Akustik- und Vibrationsanalysen

Acoustics Module

Simulation der Akustik im Innenraum eines Fahrzeugs unter Einbeziehung von Schallquellen an den Lautsprecherpositionen.

Akustik- und Vibrationsanalysen auf einem neuen Level

Das Acoustics Module ist speziell für die Analyse von Geräten ausgelegt, mit denen Schallwellen erzeugt, gemessen und verarbeitet werden können. Das Anwendungsgebiet des Moduls umfasst Lautsprecher, Mikrofone, Hörgeräte, Sonargeräte und vieles mehr. Sie können die Schalldämpfung in Auspuffen und Schallschutzwänden sowie auch den Lärmschutz in Räumen und Gebäuden untersuchen.

Gewinnen wertvoller Erkenntnisse über bestehende und neue Produkte und Designs

Die bedienungsfreundlichen Interfaces bieten Tools, die die Modellierung der Ausbreitung von Schallwellen in Luft, Wasser und anderen Fluiden ermöglichen. Spezielle Tools für die Modellierung von Thermoakustik ermöglichen eine sehr genaue Simulation von Miniatur-Lautsprechern und -Mikrofonen, die in Mobilgeräten eingesetzt werden. Sie können auch Vibrationen und elastische Wellen in Festkörpern, Piezomaterialien und poroelastischen Strukturen modellieren. Weiterhin ermöglichen die Multiphysikinterfaces für Akustik-Festkörper-, Akustik-Schale- und Akustik-Piezoelektrik-Wechselwirkungen ein Höchstmaß an Genauigkeit und Aussagekraft bei Akustiksimulationen. Aeroakustische Aufgabenstellungen können mit verschiedenen linearisierten Näherungsgleichungen modelliert werden. Unter Verwendung der Strahlenakustik oder der akustischen Diffusionsgleichung ist es außerdem möglich, die Schallwellen in Räumen oder im Freien zu modellieren.

Dank realistischer Simulationen in 1D-, 2D-, 2D axialsymmetrisch oder 3D können Sie vorhandene Produkte optimieren und neue Produkte schneller entwickeln. Entwickler, Forscher und Ingenieure gewinnen mithilfe dieser Simulationen wertvolle Erkenntnisse, die experimentell nur schwer gewonnen werden können. Durch das Testen von Produktentwürfen können Unternehmen Zeit und Geld sparen.

Weitere Bilder

  • Schalldruckpegelverteilung in einem Auspuff. Schalldruckpegelverteilung in einem Auspuff.
  • Diese Simulation einer Konzerthalle nutzt die Strahlenakustik für die Bestimmung des Schalldrucks im Sitzbereich. Diese Simulation einer Konzerthalle nutzt die Strahlenakustik für die Bestimmung des Schalldrucks im Sitzbereich.
  • Der Piezoelektrische Wandler vom Tonpilz-Typ wird für relativ niederfrequente, starke Schallemissionen eingesetzt. Der Wandler besteht aus piezokeramischen Ringen, die durch massive Platten und einen vorgespannten Mittelbolzen zusammengehalten werden. Die Kopf- und Fußmasse verringern die Resonanzfrequenz des Wandlers. Der Piezoelektrische Wandler vom Tonpilz-Typ wird für relativ niederfrequente, starke Schallemissionen eingesetzt. Der Wandler besteht aus piezokeramischen Ringen, die durch massive Platten und einen vorgespannten Mittelbolzen zusammengehalten werden. Die Kopf- und Fußmasse verringern die Resonanzfrequenz des Wandlers.
  • Poroelastische Wellen und Akustik in einem Partikelfilter-Entwurf. Mit Dieselrußpartikelfiltern werden Rußpartikel aus den Abgasen von Dieselmotoren gefiltert. Die Hauptfunktion eines Partikelfilters ist die Abgasreinigung. Er hat aber auch akustische Dämpfungseigenschaften für das Auspuffsystem. Poroelastische Wellen und Akustik in einem Partikelfilter-Entwurf. Mit Dieselrußpartikelfiltern werden Rußpartikel aus den Abgasen von Dieselmotoren gefiltert. Die Hauptfunktion eines Partikelfilters ist die Abgasreinigung. Er hat aber auch akustische Dämpfungseigenschaften für das Auspuffsystem.
  • Dies ist ein Modell des Kondensatormikrofons Brüel and Kjær 4134. Die Geometrie- und Materialparameterwerte entsprechen den Werten des realen Mikrofons. Der modellierte Empfindlichkeitspegel wird mit den Messwerten verglichen, die an realen Mikrofonen vorgenommen wurden. Die Werte zeigen gute Übereinstimmung. Weiterhin werden Membranverformung, Druck, Geschwindigkeit und das elektrische Feld bestimmt. Das Modell wurde von Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement, Nærum, Dänemark, zur Verfügung gestellt.

    Dies ist ein Modell des Kondensatormikrofons Brüel and Kjær 4134. Die Geometrie- und Materialparameterwerte entsprechen den Werten des realen Mikrofons. Der modellierte Empfindlichkeitspegel wird mit den Messwerten verglichen, die an realen Mikrofonen vorgenommen wurden. Die Werte zeigen gute Übereinstimmung. Weiterhin werden Membranverformung, Druck, Geschwindigkeit und das elektrische Feld bestimmt. Das Modell wurde von Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement, Nærum, Dänemark, zur Verfügung gestellt.

  • Das Bild zeigt Isoflächen des Schalldrucks im Innenraum eines Fahrzeugs. LiveLink™ for Inventor® ermöglicht den Zugriff auf COMSOL-Funktionen und Acoustics Module-Funktionen direkt über die Inventor®-Benutzeroberfläche. Das Bild zeigt Isoflächen des Schalldrucks im Innenraum eines Fahrzeugs. LiveLink for Inventor® ermöglicht den Zugriff auf COMSOL-Funktionen und Acoustics Module-Funktionen direkt über die Inventor®-Benutzeroberfläche.

Zur Modellierung einer Vielzahl verschiedener Akustikanwendungen

Das Acoustics Module verfügt über verschiedene Physikinterfaces, d. h. Interfaces mit dazugehörigen Modellierungs- und Simulationstools, mit deren Hilfe Sie die Ausbreitung von Schall in Fluiden und Festkörpern simulieren können. Das Acoustics Module ist aufgeteilt in Druckakustik, Akustik-Struktur-Wechselwirkung, Aeroakustik, Thermoakustik und geometrische Akustik.

Mit dem Druckakustik-Interface können auf einfache Weise Streuung, Beugung, Emission, Abstrahlung und Übertragung von Schall modelliert werden. Solche Größen spielen bei der Entwicklung von Schalldämpfern, Lautsprechern, Schallisolierungen bei Absorbern und Diffusern sowie bei der Lärmabstrahlung und der Untersuchung der Richtcharakteristik und bei vielem mehr eine Rolle. Mit dem Akustik-Struktur-Wechselwirkung-Interface können elastische Wellen und Flüssigkeitsschall sowie deren Wechselwirkung simuliert werden. Die Akustik-Struktur-Wechselwirkung wird beispielsweise bei der Analyse von Schalldämpfern, Ultraschall-Piezoaktoren und Sonargeräten eingesetzt und auch bei der Schall- und Vibrationsanalyse von Maschinen verwendet. Mithilfe der Funktionen von COMSOL Multiphysics können Sie elektroakustische Wandler, wie z. B. Lautsprecher, Sensoren und Mikrofone, analysieren und konstruieren.

Die Aeroakustik-Interfaces ermöglichen das Modellieren einseitiger Beeinflussung zwischen externen Strömungen und einem Schallfeld, d.h. das Modellieren von Flüssigkeitsschall. Das Anwendungsgebiet reicht von der Düsentriebwerk-Lärmanalyse bis hin zur Windsensor-Simulation. Die Physikinterfaces für die geometrische Akustik beinhalten das Strahlenakustik- und das Akustische Diffusionsgleichung-Interface. Beide Interfaces sind für die Modellierung von der Schallausbreitung in Räumen und Gebäuden geeignet. Außerdem ermöglicht die Strahlenakustik beispielsweise die Simulation von Schallwellen in der Atmosphäre oder im Meer. Mit den Thermoakustik-Interfaces können Sie Systeme geringer Abmessungen unter Berücksichtigung von thermischen Eigenschaften sehr genau modellieren. Diese Fähigkeit ist bei der Entwicklung von Mobiltelefonen, Hörgeräten, Wandler und Mikrosystemen sehr wichtig.

Multiphysikalische Kopplungen

Das Acoustics Module ist nahtlos in die COMSOL Multiphysics® Umgebung integriert und kann mit anderen Modulen kombiniert werden, um ein breiteres Spektrum an Multiphysik-Simulationen abzudecken. Beispielsweise sind Multiphysikinterfaces für Akustik-Schalen-Wechselwirkung und Thermoakustik-Schalen-Wechselwirkung verfügbar, wenn das Acoustics Module mit dem Structural Mechanics Module kombiniert wird. Ebenso kann das Acoustics Module mit dem Pipe Flow Module gekoppelt werden, sodass Physikinterfaces für Rohrakustik zur Verfügung stehen.

Multiphysikalische Kopplungen und vordefinierte Multiphysikinterfaces können in COMSOL Multiphysics mithilfe eines Multiphysik-Knotens erstellt werden. Zum Beispiel kann eine Kopplung der Druckakustik in einem Fluid mit der Strukturmechanik in einem umliegenden Festkörper in COMSOL Multiphysics erzielt werden, indem zuerst das Akustik Interface und das Festkörpermechanik Interface einzeln hinzugefügt werden. Anschließend können diese beiden Interfaces an den Rändern mit der entsprechenden Kopplung im Multiphysik-Knoten verknüpft werden. Diese Funktionalität ermöglicht eine Entkopplung oder die Erzeugung einer Ein-Weg-Kopplung der beteiligten Physikinterfaces. Zusätzlich kann dadurch uneingeschränkt auf alle Funktionalitäten des Akustik und des Festkörpermechanik Interface zugegriffen werden.

Unter den vielen multiphysikalischen Kopplungen stehen das Akustik-Struktur auf dem Rand, das Aeroakustik-Struktur auf dem Rand und das Thermoakustik-Struktur auf dem Rand Multiphysikinterface zur Verfügung. Bei all diesen Kopplungen wird ein Fluidbereich mit einer Struktur verknüpft, die einen Festkörper, eine externe oder interne Schale oder eine Membran enthalten kann. Weiterhin sind das Akustik-Thermoakustik auf dem Rand, Akustik-Porös auf dem Rand und das Porös-Struktur auf dem Rand Multiphysikinterface verfügbar. Zusätzlich verbindet das Multiphysikinterface Piezoelektrischer Effekt ein Festkörpermechanik- und ein Elektrostatik-Interface miteinander, sodass Sie piezoelektrische Materialien modellieren können. Alle multiphysikalischen Modelle sind standardmäßig vollständig gekoppelt. Eine Ein-Weg-Kopplung und eine Trennung der Kopplung sind realisierbar, indem der Multiphysik-Knoten bearbeitet wird.

Konsistenter Arbeitsablauf

Die Arbeitsabläufe im Acoustics Module entsprechen den Abläufen in den anderen Add-on-Modulen der COMSOL®-Produktreihe. Alle Modellierungsschritte werden über den COMSOL Desktop® ausgeführt und umfassen Definition der Geometrie, Auswahl der Materialien, Auswahl eines geeigneten Physikinterface, Definition von Rand- und Anfangsbedingungen, automatische Erzeugung des Finite-Elemente-Netzes sowie Berechnung und Visualisierung der Ergebnisse. Akustische Simulationen können in jeder denkbaren Weise mit jedem anderen COMSOL Multiphysics® Add-on-Produkt gekoppelt werden. Dies erfolgt durch eine Reihe von vordefinierten Kopplungen, die z. B. mit dem Structural Mechanics Module für Akustik-Schale-Wechselwirkungen festgelegt werden, oder durch benutzerdefinierte Kopplungen. Das Optimization Module kann mit dem Acoustics Module kombiniert werden, um geometrische Größen sowie die akustische Übertragung und vieles mehr zu optimieren.

Verbinden des Acoustics Module mit CAD, MATLAB® und Excel®

Sie können sich wiederholende Modellieraufgaben mittels LiveLink for MATLAB® erledigen, indem Sie COMSOL®-Simulationen mithilfe von MATLAB®-Skripts oder -Funktionen ausführen. Jede auf dem COMSOL Desktop® verfügbare Funktion kann alternativ über MATLAB-Befehle ausgeführt werden. Sie können auch COMSOL®-Befehle in der MATLAB®-Umgebung mit vorhandenem MATLAB®-Code kombinieren. Für Schallsimulationen, die mittels Tabellen ausgeführt werden, bietet LiveLink for Excel® eine praktische Alternative zur Modellierung über den COMSOL Desktop®, indem die Tabellendaten mit Parametern, die in der COMSOL®-Umgebung definiert wurden, synchronisiert werden. Das CAD Import Module und die LiveLink-Produkte für gängige CAD-Systeme ermöglichen eine einfache Ausführung von Schallsimulationen mithilfe von CAD-Modellen. LiveLink-Produkte ermöglichen die Steuerung der geometrischen Größen über COMSOL Multiphysics®, während die parametrischen CAD-Modelle in der systemeigenen Umgebung dabei intakt bleiben. Die Verknüpfung von Akustikmodellen mit CAD-Programmen ermöglicht die gleichzeitige Ausführung parametrischer Sweeps über mehrere Modellparameter.

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Flexible und stabile Akustikmodellierung

Die Gleichungen, mit denen das Acoustics Module arbeitet, werden mithilfe von leistungsfähigen Lösern und einer Element-Diskretisierung höherer Ordnung gelöst. Die verschiedenen Formeln ermöglichen sowohl die Frequenz- als auch die Zeitbereichssimulation. Die Ergebnisse werden im Grafikfenster dargestellt. Für die Darstellung stehen vordefinierte Plots von Schall- und Verschiebungsfeldern, Schalldruckpegeln, Beanspruchungen oder als Ausdrücke von physikalischen Größen, die Sie frei definieren können, zur Verfügung. Auch können Tabellen zu diesem Zweck erzeugt werden.

Berücksichtigung von akustischen Verlusten bei Simulationen

Das Acoustics Module wird mit einer umfangreichen Modellbibliothek geliefert, die zahlreiche Anwendungsbeispiele enthält. Dazu gehören z. B. die Modellierung von Schalldämmungsverkleidungen, Lautsprechern, Mikrofonen und Schalldämpfern. Viele dieser Beispiele zeigen, wie akustische Verluste simuliert werden. Zum Spektrum der Verlustmodelle des Acoustics Module gehören Modelle mit empirischem äquivalentem Fluidansatz für Faserstoffe und Modelle zur Berechnung von poroelastischen Wellen mithilfe der Biotschen Theorie. Außerdem bietet das Thermoakustik-Interface umfassende Wärme- und Viskositätsverlustmodelle.

Bedienungsfreundliche Physikinterfaces für Akustikanalysen

Druckakustik

Die Druckakustik-Interfaces beschreiben und berechnen das Schallfeld mithilfe eines skalaren Schalldruckfelds. Das Schalldruckfeld repräsentiert die Schallvariationen (oder den Überdruck) in Bezug auf den stationären Umgebungsdruck. Die Physikinterfaces ermöglichen die Berechnung im Frequenzbereich mithilfe der Helmholtz-Gleichung und die Berechnung als zeitabhängiges System mithilfe der klassischen Wellengleichung. Ein spezielles Randmodal-Akustik-Interface ermöglicht die Untersuchung der Ausbreitungsformen in Wellenleitern und Kanälen, da sich nur eine endliche Anzahl von Formen oder Moden über längere Strecken ausbreiten können.

Sie können eine Vielzahl von Randbedingungen für harte Grenzflächen, Impedanz, Abstrahlung und Symmetrie sowie periodische Bedingungen zur Modellierung von offenen Begrenzungen und Bedingungen für Quellen festlegen. Die Interfaces verfügen auch über mehrere Modelle mit äquivalentem Fluidansatz, die die Schallausbreitung in komplexeren Medien nachbilden. Mehrere poroakustische Fluidmodelle dienen zur Beschreibung von Verlusten in porösem oder faserigem Material. Modelle für die Akustik in engen Bereichen verbinden thermoviskose Verluste mit harten Grenzflächen in engen Bereichen. Dämpfung kann in Form einer benutzerdefinierten Gleichung hinzugefügt werden oder sie kann für viskose und wärmeleitende Fluide berechnet werden. Das Rechengebiet kann mit PMLs (Perfectly Matched Layers) begrenzt werden, welche austretende Wellen absorbieren, wodurch ein unendlich ausgedehnter Bereich imitiert wird. Und schließlich kann der Schalldruck außerhalb des Rechengebiets mittels Fernfeld-Funktion ermittelt werden. Spezielle Ergebnisverarbeitungs- und Analysefunktionen ermöglichen die 2D- und 3D-Darstellung des Fernfeldes mithilfe von Polar-Plots.

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Akustik-Struktur-Wechselwirkung

Die Kopplung von Fluiden und Festkörpern ist einfach realisierbar, indem die vordefinierten Multiphysikinterfaces des Acoustics Module verwendet werden. Diese erstellen automatisch die relevante Physik und die multiphysikalische Kopplung. Das Akustik-Struktur-Wechselwirkung-Interface behandelt auf der einen Seite der Fluid-Festkörper-Grenze den Fluiddruck, der auf den Festkörper einwirkt, und auf der anderen Seite die strukturellen Beschleunigungen, die auf das Fluid einwirken. Die Interfaces decken Akustik-Festkörper-, Akustik-Schale- und Akustik-Piezoelektrik-Wechselwirkungen in den jeweiligen Frequenz- und Zeitbereichen sowie in 3D-, 2D- und axialsymmetrischen 2D-Geometriemodellen ab. Die Interfaces, die Schalenelemente mit einbeziehen, sind verfügbar, wenn das Acoustics Module mit dem Structural Mechanics Module kombiniert wird. Elastische Wellen stellen ein wichtiges Anwendungsbiet in der Akustik dar. Mit dem Acoustics Module können Sie das Festkörpermechanik-Interface verwenden, um eine volle strukturdynamische Formulierung zu erhalten, die alle Effekte von Scher- und Druckwellen in Festkörpern enthält. Das Akustik-Piezoelektrik-Wechselwirkung-Interface ermöglicht nicht nur eine sehr genaue Simulation der Akustikstruktur-Wechselwirkung, sondern auch die Berechnung und Modellierung des elektrischen Feldes im piezoelektrischen Material. In Kombination mit dem AC/DC Module oder MEMS Module können Piezosimulationen mit SPICE-Schaltungen kombiniert werden. Diese Fähigkeit ermöglicht beispielsweise die einfache Beschreibung von bestimmten Teilen eines Wandlers mithilfe von Ersatzschaltungen, während für die anderen Teile die Finite-Elemente-Beschreibung verwendet wird.

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Die Rohrenakustik-Interfaces (die zusammen mit dem Pipe Flow Module verfügbar sind) werden zur 1D-Modellierung der Schallwellenausbreitung in biegbaren Rohrleitungssystemen eingesetzt. Die Gleichungen wurden allgemein formuliert, um die Auswirkungen der Rohrwandnachgiebigkeit und der möglichen stationären Hintergrundströmungen berücksichtigen zu können. Das Elastische Wellen-Interface stellt eine voll strukturdynamische Formulierung dar, die alle Auswirkungen von Scherwellen und Druckwellen berücksichtigt. Das Poroelastische Wellen-Interface ermöglicht die genaue Modellierung der Schallausbreitung in porösen Materialien und schließt die Zweiwegkopplung von Verformung der Festkörpermatrix und Druckwellen im gesättigten Fluid ein. Diese Kopplung erfolgt mithilfe der Biotschen Theorie.

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Geometrische Akustik

Die geometrische Akustik beinhaltet das Strahlenakustik- und das Akustische Diffusionsgleichung-Interface. Beide Physikinterfaces sind im Grenzfall hoher Frequenzen anwendbar, wenn die akustische Wellenlänge kleiner als die charakteristischen geometrischen Merkmale ist. Dies ist für Frequenzen oberhalb der Schröder-Frequenz eines Raumes erfüllt. Beide Interfaces ermöglichen die Modellierung der Schallausbreitung in Räumen und Gebäuden wie z.B. Konzerthallen. Die akustische Diffusionsgleichung ist auf die Anwendung innerhalb von Räumen begrenzt. Die Strahlenakustik eignet sich hingegen beispielsweise für die Simulation von Schallwellen in der Atmosphäre oder im Meer. Das Verhalten der Schallwellen an Rändern wird durch unterschiedliche Modelle für die Absorption berücksichtigt.

Das Strahlenakustik-Interface eignet sich für die Berechnung von Trajektorien, Phasen und Intensitäten von akustischen Strahlen. Die Strahlenakustik ist im Grenzfall hoher Frequenzen gültig, d. h. wenn die Wellenlänge der Schallwelle kleiner als die charakteristische Länge der geometrischen Elemente ist. Dieses Interface ist für die Modellierung der Schallausbreitung in Räumen, Konzerthallen, Schulen, Büros und der freien Umgebung geeignet. Die Eigenschaften der Materialien, in denen sich die Strahlen ausbreiten, können sich kontinuierlich innerhalb eines Gebietes ändern (gradiertes Medium) oder sie können an Rändern diskontinuierlich sein. Weiterhin ist es möglich verschiedene Wandbedingungen für externe Ränder festzuglegen. Dazu gehören Kombinationen von spiegelnder und diffuser Reflektion. Die Impedanz und die Absorption können von der Frequenz, der Intensität und der Richtung der einfallenden Strahlen abhängen. An Materialdiskontinuitäten werden Transmission und Reflektion modelliert. Außerdem können Sie jedem Medium eine Hintergrundgeschwindigkeit zuweisen.

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Das Akustische Diffusionsgleichung-Interface löst eine Diffusionsgleichung für die Schallenergiedichte. Dieses Interface eignet sich für hochfrequente Schallwellen mit einem diffusen Schallfeld. Die Diffusionseigenschaften sind sowohl von der Raumgeometrie abhängig als auch von den Absorptionseigenschaften der Wände, der Zimmerausstattung (nutzen Sie eine volumengemittelte Absorption basierend auf gemittelten Querschnitten und Dämpfungen) und der volumetrischen Dämpfung (viskos und thermisch nur in großen Volumen). Das Interface ist bestens für einen schnellen Zugang zu der Schalldruckpegelverteilung im inneren von Gebäuden und anderen großen Strukturen geeignet.

Sie können das Akustische Diffusionsgleichung-Interface für die Bestimmung der Nachhallzeit an verschiedenen Orten nutzen. Dies kann entweder mithilfe einer transienten Analyse und der Auswertung der Energieabklingkurve erreicht werden oder durch Ausführung einer Eigenwertanalyse. Die Eingabe für alle Quellen, Absorptionsparameter und Transmissionsverluste kann mithilfe der Frequenzbänder, die in dem Module zur Verfügung stehen, erfolgen. Wenn diese Art der Eingabe zusammen mit einem parametrischen Sweep über das zu untersuchende Frequenzband genutzt wird, können Sie die Ergebnisse in diesem Band einfach plotten und analysieren.

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Aeroakustik

Im Idealfall beinhalten numerische Aeroakustik (CAA) Simulationen die Lösung der kompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen im Zeitbereich. Die Schalldruckwellen bilden dann eine Teilmenge der Fluidlösung. Dieser Ansatz ist häufig aufgrund der benötigten Rechengenauigkeit, der Rechenzeit und der Speicherressourcen unpraktisch für reale Anwendungen. Stattdessen wird für die Lösung vieler praktischer Aufgabenstellungen ein entkoppelter Zwei-Schritt-Ansatz verwendet: Zuerst wird nach der mittleren Hintergrundströmung gelöst und anschließend nach den akustischen Störungen der Strömung. Diese sehr wichtige einseitige Interaktion zwischen einer Hintergrundströmung und mit einem akustischen Feld ist auch als Fluidschall bekannt.

Die wichtigsten Werkzeuge für Fluidschall sind die Euler, linearisiert- und die Linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen Physikinterfaces des Acoustics Modules. Das Linerisierte Potentialströmung-Interface stellt einen vereinfachten Zugang dar. Das Euler, linearisiert-Interface wird verwendet, um die akustischen Schwankungen von Druck, Geschwindigkeit und Dichte für einen gegebenen mittleren Hintergrundstrom zu berechnen. Sie lösen die linearisierte Euler-Gleichungen, einschließlich der Energiegleichung mit den Annahmen, dass die Hintergrundströmung ein ideales Gas ist (oder gut durch ein ideales Gas angenähert wird) und dass es keine thermischen oder viskosen Verluste gibt. Die Physikinterfaces Linearisiert Euler stehen für Zeitbereich-, Frequenzbereich- und Eigenfrequenzstudien zur Verfügung. Anwendungsbeispiele in der Aeroakustik mit der linearistieren Euler-Gleichung beinhalten die Analyse der Ausbreitung von Geräuschen einen Strahltriebwerks, die Modellierung der Dämpfungseigenschaften von Schalldämpfer in Gegenwart von nicht-isothermen Strömung und die Untersuchung von Gasdurchflussmessern. Dies sind alles Situationen, in denen eine Hintergrundgasströmung die Ausbreitung von akustischen Wellen beeinflusst. Die Linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen-Interfaces werden verwendet, um die akustischen Schwankungen von Druck, Geschwindigkeit und Temperatur bei Vorhandensein einer stationären, isothermen oder nicht-isothermen mittleren Hintergrundströmung zu berechnen. Diese Interfaces eignen sich für aeroakustische Simulationen, die sich mithilfe der linearisierten Navier-Stokes-Gleichung beschreiben lassen. Die Gleichungen beinhalten viskose Verluste, Wärmeleitung und Wärmeerzeugung durch viskose Dissipation. Die Kopplung zwischen dem akustischen Feld und dem Hintergrundfeld beinhaltet keine strömungsbedingten Störungen. Unter Anwendung des Aeroakustik-Struktur auf dem Rand Multiphysikinterfaces kann das Linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen, Frequenzbereich-Interface mit Strukturen verknüpft werden. Diese Kopplung ermöglicht eine detaillierte Vibrationsanalyse von Strukturen unter Berücksichtigung einer Strömung.

Zur vereinfachten Ein-Weg-Wechselwirkungen stehen neben den Linearisierte Potentialströmung-Physikinterfaces im Frequenz- und Zeitbereich auch Formulierungen basierend auf dem Geschwindigkeitspotential zur Verfügung. Das Kompressible Potentialströmung-Interface dient zur Modellierung der mittleren Hintergrundströmung einer reibungsfreien, kompressiblen Flüssigkeit, die keine Verwirbelungen hat, da sie von Natur aus wirbelfrei ist. Das Linearisierte Potentialströmung, Randmode-Interface dient zur Randmodenanalye in Hintergrundströmungsfelder von Akustikanwendungen und wird normalerweise verwendet, um Quellen an Einlässen zu spezifizieren.

Thermoakustik

Das Acoustics Module bietet modernste Modellierungsfähigkeiten für die Thermoakustik (auch viskothermische oder thermoviskose Akustik genannt), die eine genaue Akustiksimulation bei Geometrien mit geringen Abmessungen ermöglichen. In der Nähe von Wänden wird eine viskose und thermische Grenzschicht erzeugt, die zu signifikanten Verlusten führt. Daher müssen Wärmeleitungseffekte und Viskositätsverluste in den entsprechenden Gleichungen berücksichtigt werden. In den Thermoakustik-Interfaces werden die linearisierten Gleichungen für kompressible Strömungen gelöst. Dazu zählen die linearisierten Navier-Stokes-, Kontinuitäts- und Energiegleichungen. Da eine detaillierte Beschreibung zur Modellierung von Thermoakustik nötig ist, lösen alle Interfaces gleichzeitig den Schalldruck, die Partikelgeschwindigkeit und die akustische Temperaturschwankungen.

Im Thermoakustik-Interface sind die zugrundeliegenden Gleichungen zeitharmonisch implementiert und werden im Frequenzbereich gelöst. Es stehen sowohl Mechanik- als auch Wärmerandbedingungen zur Verfügung. Der Thermoakustikbereich kann mithilfe einer vordefinierten multiphysikalischen Randbedingung mühelos mit dem Druckakustikbereich gekoppelt werden. Mithilfe des Thermoakustik-Struktur auf dem Rand Multiphysik-Knotens können auf einfache Weise gekoppelte Vibrations-Akustik-Modelle analysiert werden. Sie können damit beispielsweise kleine elektroakustische Wandler oder die Dämpfung in Mikrosystemen modellieren. Das Thermoakustik-Schale-Wechselwirkung-Interface ermöglicht die Modellierung der Wechselwirkung zwischen Schalenelementen und Akustik in Systemen mit kleinen Abmessungen. Mithilfe dieses Interface können gedämpfte Schwingungen von Schalen in Hörgeräten analysiert und Rückkopplungsprobleme beseitigt werden.

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