由于结构简单,并具有较宽的吸声频带和良好的吸声性能,穿孔壁面吸声通道广泛用于动力设备和通风管道的进、排气口的消声中。无论空腔内是否填充多孔吸声材料,穿孔壁面附近流动都存在强烈、复杂的涡旋流动造成较大的流动阻力损失。在实际消声结构设计中,需要同时兼顾降噪指标和设备的气动性能,比较准确的估算消声通道的流动阻力,因此,有必要对穿孔壁面通道的流动阻力特性进行详细研究。本文通过数值模拟和实验方法对空腔内填充吸声材料的穿孔壁面通道的沿程摩擦阻力特性进行研究,同时对片式消声器的总体流动阻力进行了模拟分析,主要研究内容与结果总结如下:(1)穿孔壁面通道沿程摩擦阻力数值模拟方法及验证。考虑到空腔内填充多孔吸声材料后,气流穿过小孔流进流出的量非常小,为了简化计算,在阻力计算时,假设气流不能通过壁面小孔进出吸声材料。针对穿孔率20%、小孔排列方式为60°错排、小孔直径为3mm的200mm×200mm方形截面穿孔壁面通道内流动进行建立数学模型和物理模型。计算中,采用Realizable k-ε湍流模型,对四种不同的壁面函数进行筛选。研究中,选取了4.5 m/s、6m/s、9m/s和12m/s三种流速。结果发现Realizable k-ε湍流模型结合增强型壁面函数,数值模拟可以比较准确地得到通道流动摩擦阻力,数值模拟得到的单位长度压力损失与实验结果偏差小于10%。这部分工作为下一步研究提供了合理的模型简化和网格划分方案,以及最优的湍流模型与壁面函数。(2)穿孔壁面吸声通道等效粗糙度研究。提出等效粗糙度概念,即基于数值模拟得到的流动阻力数据,通过克罗布鲁克(Colebrook)公式得到壁面等效粗糙度。对1mm、2mm、3mm和4mm的4种小孔直径和6.7%、11.3%、14.5%和20.0%4种穿孔率的穿孔板壁面通道分别进行了数值模拟。结果表明,在6m/s、9m/s和12m/s三种气流速度情况下,反推求得的等效粗糙度波动范围小于10%,基于平均等效粗糙度数据,采用经验公式计算的流动阻力数据与数值仿真结果偏差小于10%,验证了等效粗糙度方法的正确性。这为工程设计中穿孔壁面通道沿程摩擦阻力计算提供了可行的方法。(3)片式消声器通道流动阻力研究。分流通道设计可提高消声通道的宽频消声性能,但同时会造成流动阻力的显著增大。为了在提高消声性能的同时,满足较小流动阻力的设计需求,本文对片式消声通道的总体流动阻力的进行研究。针对通道内的突缩段设计了渐缩管和圆滑过渡等4种方案;针对通道突扩段设计了渐扩管、圆滑过渡管等3种方案;针对分流通道增加了导流叶片以及圆滑过渡两种方案,并利用数值模拟分析比较每种方案的流动阻力大小。结果发现,突缩段的4种方案和突扩段的3种方案均能有效地减小通道局部阻力,其中32°渐缩管以及15°渐扩管局部阻力最小;分流通道的两种方案局部阻力有微小的减小。提出了低流阻片式消声器通道的设计方案,通过数值模拟及实验验证,证明了该通道结构可以有效地降低流动阻力。