Aggiornamenti dell'Acoustics Module
Agli utenti dell'Acoustics Module, COMSOL Multiphysics® versione 5.2a offre, a titolo di esempio, una nuova interfaccia basata sul metodo degli elementi di Galerkin discontinui per la modellazione di ultrasuoni, una nuova interfaccia per analizzare i modi in piccoli condotti e un nuovo tipo di diagramma Directivity per l'analisi di diffusori. Gli aggiornamenti dell'Acoustics Module sono descritti nei dettagli qui di seguito.Metodo degli elementi di Galerkin discontinui per grandi simulazioni di onde acustiche dipendenti dal tempo
Modellazione efficiente di grandi simulazioni acustiche nel dominio del tempo
È ora disponibile un'interfaccia completamente nuova nell'Acoustics Module per grandi simulazioni acustiche nel dominio del tempo che usano un solutore esplicito. L'interfaccia si basa sul metodo degli elementi di Galerkin discontinui (noto anche come DG-FEM o semplicemente DG) e utilizza un solutore tempo dipendente esplicito, con conseguente utilizzo più efficiente della memoria. La nuova interfaccia è chiamata Convected Wave Equation, Time Explicit e può presentarsi nel nuovo nodo Ultrasound nella pagina Model Wizard quando si selezionano le fisiche da modellare.
Immagine dell'impulso di pressione, con gli strati assorbenti (spugna) mostrati come domini meshati.
L'interfaccia viene utilizzata per risolvere problemi acustici transitori lineari con o senza un background flow stazionario definito su grandi distanze rispetto alla lunghezza d'onda. I campi di applicazione includono misuratori di portata ad ultrasuoni, sensori di distanza ad ultrasuoni e altri sensori ad ultrasuoni dove il tempo di volo è un parametro importante. Le applicazioni non sono limitate alle applicazioni basate sugli ultrasuoni, ma possono includere anche la propagazione transitoria di impulsi audio nell'acustica degli spazi o negli interni di autovetture.
L'interfaccia Convected Wave Equation, Time Explicit è inoltre associata a una funzione di dominio Absorbing Layers usata per emulare una condizione anecoica con una funzione simile a una condizione al contorno che garantisca la non riflessione. L'interfaccia risolve le equazioni Linearized Euler assumendo un'equazione adiabatica di stato; le variabili dipendenti sono la pressione sonora e le perturbazioni nella velocità. Il background flow può essere un flusso stazionario qualsiasi con gradienti di velocità minimi o modesti. L'interfaccia non include alcun meccanismo di perdita.
Il modello illustra un misuratore di portata ad ultrasuoni, dove un segnale a 2 MHz si propaga attraverso un canale di flusso ad una velocità media di 10 m/s. Questo modello 3D è disponibile nella Application Library dell'Acoustics Module (Misuratore di portata ad ultrasuoni con configurazione TOF generica) e ha 16 milioni di gradi di libertà (DOF) e utilizza 10 GB di RAM.
Percorso della Application Library con un esempio che utilizza il nuovo metodo degli elementi di Galerkin discontinui e l'interfaccia Convected Wave Equation, Time Explicit:
Acoustics_Module/Ultrasound/ultrasound_flow_meter_generic
Percorso della Application Library con un esempio che utilizza la nuova interfaccia Convected Wave Equation, Time Explicit con la funzione di dominio Absorbing Layers:
Acoustics_Module/Tutorials/gaussian_pulse_absorbing_layers
Nuova interfaccia Convected Wave Equation, Time Explicit
L'interfaccia Convected Wave Equation, Time Explicit include il dominio e le condizioni al contorno seguenti:
- Convected Wave Equation Model: definisce le equazioni che regolano il modello.
- Sound Hard Wall: definisce i contorni/le pareti rigide.
- Initial Values: impostare un valore iniziale per le variabili dipendenti.
- Domain Sources: aggiungere una sorgente di dominio per modellare le forze esterne applicate al fluido.
- Pressure: definisce una sorgente di pressione su un contorno esterno.
- Symmetry: applicarla se è presente simmetria nel modello.
- Normal Velocity: definisce una sorgente su un contorno esterno che rappresenta una superficie vibrante, ad esempio un trasduttore.
- Acoustic Impedance: utilizzarla per modellare una condizione di impedenza o come una semplice condizione di irraggiamento.
- General Flux/Source: imposta un flusso generalizzato su un contorno esterno.
- General Interior Flux: imposta una condizione di flusso interno generalizzato.
Nuova condizione di dominio Absorbing Layers
Gli Absorbing Layers, a volte detti strati assorbenti, sono utilizzati per troncare il dominio computazionale. La funzione di dominio Absorbing Layers combina le tre funzioni seguenti:
- Un sistema che rallenta le onde che stanno propagando.
- Filtraggio nel dominio dello Adbsorbing Layers che neutralizza le componenti ad alta frequenza.
- Una condizione del primo ordine esterna non riflettente (una condizione di impedenza).
Nei domini dove vengono assegnati, l'ampiezza delle onde riflesse spurie può ridursi anche di 1000 volte. Queste animazioni illustrano il nuovo impulso gaussiano in un flusso uniforme 2D: Modello tutorial Convected Wave Equation and Absorbing Layers, dove un impulso acustico con propagazione esterna viene assorbito dagli Absorbing Layers.
Percorso della Application Library con un esempio che utilizza la nuova funzione di dominio Absorbing Layers:
Acoustics_Module/Tutorials/gaussian_pulse_absorbing_layers
Nuovo tutorial: Ultrasound Flow Meter with Generic Time-of-Flight
Conoscere la velocità di un fluido in movimento è sempre importante quando il fluido viene utilizzato per trasportare materiali o energia. Nel metodo del tempo di volo (TOF) o del tempo di transito che determina la velocità di flusso, un segnale ad ultrasuoni viene trasmesso al flusso principale in un tubo per determinarne la velocità in modo non invasivo. Con la trasmissione del segnale ad un angolo rispetto al flusso principale, il segnale ad ultrasuoni viaggerà a una velocità maggiore di quella del suono (se si muove nella direzione del flusso principale) o minore (se si muove in direzione opposta). La differenza nel tempo di viaggio nelle due direzioni aumenta linearmente con la velocità del flusso principale. Misuratori di portata di questo tipo sono utilizzati per molti scopi, soprattutto in ambienti industriali.
In questo tutorial, viene illustrato come utilizzare l'Acoustics Module per simulare un misuratore di portata ad ultrasuoni a tempo di transito generico. L'impostazione del modello risolve il problema transitorio di un segnale che attraversa il flusso a valle. Il modello utilizza anzitutto il CFD Module per calcolare il flusso di fondo stazionario nel misuratore di portata. Il segnale verso monte viene precalcolato e importato sotto forma di dati. La differenza nei tempi di arrivo viene utilizzata per stimare la velocità del flusso principale. Utilizza l'interfaccia di fisica Convected Wave Equation, Time Explicit, sotto il nodo Ultrasound, creata appositamente per situazioni transienti ad alta frequenza. Questa interfaccia si basa sul metodo degli elementi di Galerkin discontinui (DG-FEM).
Percorso della Application Library:
Acoustics_Module/Ultrasound/ultrasound_flow_meter_generic
NOTA: questo modello richiede l'Acoustics Module e il CFD Module o l'Heat Transfer Module.
Distribuzione di pressione del segnale trasmesso, raffigurata sul piano di simmetria del misuratore di portata, al tempo t = 5 ms.
La pressione media al ricevitore di un impulso verso valle e un impulso verso monte. La differenza di tempo viene utilizzata per calcolare la velocità di flusso media nel canale principale.
Nuovo tutorial: Gaussian Pulse in 2D Uniform Flow: Convected Wave Equation e Absorbing Layers
Questo breve tutorial simula un test standard e costituisce un modello di benchmark per le condizioni non riflettenti e gli Absorbing Layers per sistemi linearizzati tipo Eulero. Nel modello è stata studiata la propagazione di un impulso transitorio gaussiano in un flusso 2D uniforme. L'interfaccia Convected Wave Equation, Time Explicit risolve le equazioni di Eulero linearizzate con un'equazione dell'adiabatica di stato e l'interfaccia utilizza la funzione Absorbing Layers per modellare i domini infiniti.
Un impulso acustico viene generato con una distribuzione gaussiana iniziale al centro del dominio computazionale. L'impulso si propaga in un flusso uniforme caratterizzato da un alto numero di Mach. Per questo problema esiste una soluzione analitica, che viene usata per validare il modello.
Il modello illustra inoltre come impostare e utilizzare gli Absorbing Layers. L'uso di questi strati assorbenti può ridurre le onde riflesse spurie a 1/1000o dell'ampiezza di campo incidente.
Percorso della Application Library:
Acoustics_Module/Tutorials/gaussian_pulse_absorbing_layers
La velocità delle particelle acustiche di un impulso gaussiano convettivo quando incide sullo strato assorbente.
Confronto del profilo di pressione del modello COMSOL Multiphysics® (linea blu) e della soluzione analitica (punti verdi) in una sezione trasversale lungo l'asse x. La punta a destra rappresenta l'impulso all'interno dello strato assorbente e non ha alcun significato fisico.
Nuova interfaccia Thermoviscous Acoustics, Boundary Mode
Nelle analisi dell'acustica di smartphone e altri dispositivi elettronici caratterizzati da piccole quote geometriche, gli effetti dovuti a perdite viscose e alla conduzione termica sono importanti a causa dei fenomeni presenti negli strati limite vicino alle pareti. Lo spessore di questi strati è detto "profondità di penetrazione termica e viscosa". L'interfaccia Thermoviscous Acoustics, Boundary Mode calcola e identifica i modi propaganti e non propaganti nelle guide d'onda e nei condotti. L'interfaccia esegue un'analisi dei modi su un contorno, un ingresso, una sezione trasversale della guida d'onda o un condotto dalle quote geometriche ridotte. L'analisi tiene conto delle perdite termiche e viscose, che sono effetti importanti nello strato limite acustico vicino alle pareti. L'interfaccia risolve per le variazioni acustiche nella pressione, velocità e temperatura, e identifica il numero d'onda fuori dal piano dei modi computati.
Esempio di un'analisi di una guida d'onda di 0,5 x 2 mm. Il grafico mostra la pressione per i primi 3 modi a 100 Hz.
Esempio di un'analisi di una guida d'onda di 0,5 x 2 mm. Il grafico mostra la velocità acustica fuori dal piano per i primi 3 modi a 100 Hz.
Esempio di un'analisi di una guida d'onda di 0,5 x 2 mm. Il grafico mostra le variazioni di temperatura acustica per i primi 3 modi a 100 Hz.
Oltre ai sistemi con piccoli condotti, come apparecchi acustici e dispositivi mobili, l'interfaccia Thermoviscous Acoustics, Boundary Mode può essere utilizzata per identificare il numero d'onda propagante e l'impedenza caratteristica della sezione trasversale di un condotto. Queste informazioni possono essere utilizzate in un passo analitico successivo come input per la funzione omogeneizzata Narrow Region Acoustics dell'interfaccia Pressure Acoustics, Frequency Domain.
L'interfaccia è disponibile in modelli assialsimmetrici 2D e 3D e viene applicata ai contorni. Risolve le equazioni di Navier-Stokes linearizzate, in condizioni di fondo quiescente, alla ricerca dei numeri d'onda fuori dal piano a una data frequenza.
Campi acustici di background nelle analisi di termoacustica viscosa (formulazione di scattering)
Le interfacce Thermoviscous Acoustics offrono ora un'opzione di formulazione del campo scatterato. Questo consente di aggiungere a un modello un campo acustico di fondo. Il campo di fondo può essere User defined o un Plane wave.
Per User defined, si definisce un'espressione per la pressione, la velocità e la variazione termica. Questi valori possono anche essere tratti dalla soluzione di un altro modello acustico che definisce il campo di background. L'opzione Plane wave definisce un'onda piana caratterizzata da un'attenuazione termica e viscosa costante.
Con questa nuova funzione, è possibile creare sorgenti semplici durante la modellazione di problemi di trasmissione, quando le perdite termiche e viscose sono importanti, o studiare lo scattering di piccoli oggetti. Come esempio avanzato di applicazione, la funzione può essere utilizzata in combinazione con l'interfaccia Thermoviscous Acoustics, Boundary Model per creare le sorgenti all'ingresso delle guide d'onda.
Percorso della Application Library con un esempio che utilizza la nuova opzione Background Acoustics Fields nella funzione Thermoviscous Acoustics:
Acoustics_Module/Tutorials/transfer_impedance_perforate
Risultato dal modello tutorial Transfer Impedance of a Perforate, dove il campo incidente su un lato viene applicato con la nuova funzione Background Acoustics Field. Il grafico a colori mostra la velocità all'interno dei fori di una piastra forata e il grafico di linea mostra il confronto tra l'impedenza di trasferimento calcolata da COMSOL Multiphysics® e un modello semianalitico.
Nuovo tutorial: Transfer Impedance of a Perforate
Le piastre forate hanno una serie di piccoli fori equidistanti. Sono usate nei silenziatori, nei pannelli insonorizzanti e in molti altri punti come coperture per controllare con precisione l'attenuazione. Più i fori si fanno piccoli, più le perdite viscose e termiche diventano importanti. Il comportamento di attenuazione, che è anche dipendente dalla frequenza, può essere controllato selezionando la dimensione e la distribuzione dei fori nella piastra.
Anche se questi sistemi sono oggetto di studi teorici da molti anni, i modelli analitici o semianalitici possono essere applicati solo per le geometrie semplici. È necessario un approccio numerico per i sistemi con fori aventi differenti sezioni trasversali, o si i fori sono conici, o se hanno una distribuzione irregolare.
In questo tutorial, gli effetti sono modellati nei dettagli utilizzando l'interfaccia Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain. Mentre i meccanismi di perdita non lineare si verificano ad elevati livelli sonori o in presenza di un flusso (attraverso o sopra la piastra), in questo modello tutorial sono studiati solo gli effetti lineari causati della viscosità e dalla conduzione termica. Vengono calcolati l'impedenza di trasferimento, l'impedenza normale alla superficie e il coefficiente di attenuazione del sistema.
L'impedenza di trasferimento calcolata viene confrontata con un modello semianalitico. L'impedenza di trasferimento valutata in questo modello dettagliato può essere usata all'interno di una simulazione del sistema più grande utilizzando la condizione di impedenza interna presente nell'interfaccia Pressure Acoustics, Frequency Domain.
Percorso della Application Library:
Acoustics_Module/Tutorials/transfer_impedance_perforate
Confronto tra l'impedenza di trasferimento della tavola forata, modellato con l'Acoustics Module e un modello semianalitico. Il grafico mostra i valori reale, immaginario e assoluto dell'impedenza di trasferimento.
Le fluttuazioni di temperatura acustica all'interno del foro. Lo strato limite termico è chiaramente visibile.
Nuovo nome per Thermoacoustics: Thermoviscous Acoustics
In COMSOL Multiphysics® versione 5.2a, tutte le interfacce Thermoacoustics sono state rinominate a Thermoviscous Acoustics. Queste interfacce sono dedicate alla modellazione dettagliata delle perdite termiche e viscose in problemi con quote geometriche piccole, cioè in problemi dove sono importanti le perdite negli strati limite acustici termico e viscoso. Esempi al riguardo includono la modellazione di microfoni, apparecchi acustici, trasduttori miniaturizzati e molti altri prodotti analoghi. Thermoacoustics è un termine usato in una branca dell'acustica che si occupa di raffreddamento e riscaldamento mediante onde acustiche. Per questo motivo il nuovo termine Thermoviscous Acoustics descrive meglio la fisica che modellano queste interfacce.
Le seguenti interfacce hanno nomi nuovi:
- Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain
- Thermoviscous Acoustics, Boundary Mode (nuova interfaccia)
- Acoustic-Thermoviscous Acoustic Interaction, Frequency Domain
- Thermoviscous Acoustic-Structure Interaction, Frequency Domain
Nuovo grafico Directivity
Il nuovo tipo di grafico Directivity consente agli ingegneri del suono di rappresentare la risposta spaziale di un altoparlante come una funzione della frequenza e dell'angolo. Il grafico è importante nell'analisi degli altoparlanti e altri trasduttori elettroacustici. Una tale rappresentazione della risposta spaziale è molto comune nel settore e spesso anche i dati misurati sono rappresentati in questo stesso modo. Il grafico include molte opzioni di formattazione per approfondire la conoscenza dei dati modellati. Alcune delle principali funzioni di formattazione sono:
- Normalization: i dati del livello di pressione sonora d'ingresso possono essere normalizzati rispetto ad un angolo polare specifico, rispetto al valore massimo (ad ogni frequenza) oppure possono non essere normalizzati.
- Evaluation: il cerchio di valutazione può essere definito in qualsiasi posizione nello spazio ed è possibile definire una direzione di riferimento che definisce la direzione a 0 gradi.
- Coloring and Style: si possono formattare i dati come superfici piene, linee e aggiungervi le etichette. È anche semplice cambiare il layout dell'asse e visualizzare la frequenza a scelta sull'asse x o y.
Esempio di un grafico Directivity con i dati normalizzati rispetto a 30 gradi, la frequenza visualizzata sull'asse x e l'aggiunta di etichette.
Esempio di un grafico Directivity con i dati normalizzati rispetto a 0 gradi, la frequenza visualizzata sull'asse y e l'aggiunta di etichette.
Campi acustici di background nelle equazioni di Navier-Stokes ed Eulero linearizzate (formulazione di campo scatterato)
Le interfacce Linearized Navier-Stokes, Frequency Domain e Linearized Euler, Frequency Domain utilizzano ora un'opzione per la formulazione di un campo scatterato. Questa opzione consente di aggiungere a un modello un campo acustico di background. Il campo di fondo può essere specificato come un'espressione definita dall'utente per pressione, velocità acustica e variazione termica. Può trattarsi di espressioni analitiche che definiscono un certo tipo di onda, ma può anche essere la soluzione di un altro modello acustico.
Questa funzione era denominata nelle versioni precedenti Incident Acoustics Fields nell'interfaccia Linearized Euler, è stata aggiornata e migliorata e ora si chiama Background Acoustics Fields.
Ray Acoustics: Calcolo della potenza dei raggi e del livello di pressione sonora (SPL)
È stata aggiunta una funzionalità nuova e migliorata all'interfaccia Ray Acoustics per Ray Power. Sono disponibili quattro opzioni per il calcolo dell'intensità:
- Compute intensity (in precedenza Using principal curvatures)
- Compute intensity and power
- Compute intensity in graded media (in precedenza Using curvature tensor)
- Compute intensity and power in graded media
Per l'opzione Ray Power, è possibile aggiungere Sound Pressure Level Calculation alle condizioni Wall. Questa nuova funzione calcola il livello di pressione sonora superficiale, compresi gli effetti delle proprietà di superficie, come ad esempio il coefficiente di assorbimento. Si può utilizzare il nodo Results per creare i grafici di queste variabili.
Esempio nella Application Gallery in cui si calcola la potenza dei raggi e il livello di pressione sonora:
Acustica in una sala da concerto piccola
La nuova opzione computazionale Ray Power per Ray Acoustics; la finestra impostazioni per la selezione delle opzioni Intensity computation.
Un'immagine acquisita dal modello tutorial Acustica in una sala da concerto piccola con evidenziato il nodo Sound Pressure Level Calculation.
La nuova opzione Ray Power per Ray Acoustics: la finestra impostazioni per la selezione delle opzioni Intensity computation (sinistra) e un'immagine acquisita dal Small Concert Hall Acoustics tutorial model con evidenziato il nodo Sound Pressure Level Calculation (destra).
Ray Acoustics: Meshless Ray Tracing
L'interfaccia Ray Acoustics non richiede più la generazione della mesh se il mezzo ha proprietà omogenee. In questo caso, si possono definire a livello globale i parametri del materiale di un mezzo. L'unico requisito è che il modello includa almeno una condizione al contorno, ad esempio una parete o una discontinuità del materiale. I raggi possono propagarsi su lunghe distanze in geometrie non meshate e possono anche essere rilasciati e propagarsi all'esterno del modello geometrico. Questo potrebbe tornare utile, ad esempio, nelle simulazioni di grandi sale da concerto.
Nuove opzioni per il rilascio di raggi con distribuzione conica
Sono disponibili diverse nuove opzioni quando si rilasciano i raggi con una distribuzione conica delle direzioni iniziali. È possibile rilasciare i raggi con una densità uniforme nello spazio del vettore d'onda, così che ogni raggio sottenda il medesimo l'angolo solido. In alternativa, è possibile specificare separatamente la densità dei raggi nelle direzioni polare e azimutale. Sono anche disponibili le opzioni integrate per rilasciare solo raggi marginali, con o senza un raggio assiale.
Onde sferiche e cilindriche nei campi di pressione di background e nei campi incidenti per Pressure Acoustics
Nell'interfaccia Pressure Acoustics, Frequency Domain, le funzioni Background Pressure Field e Incident Pressure Field (nodi secondari delle condizioni di irraggiamento) sono state ampliate con l'inclusione di onde cilindriche e sferiche. Questo semplifica l'impostazione di complessi campi acustici incidenti o di background. I campi generati da sorgenti puntiformi esterne o da piccoli corpi vibranti possono essere approssimati per mezzo di una sorgente di tipo monopolo.
Selezionare i tipi di campo di pressione Cylindrical wave o Spherical wave per l'acustica della pressione.
Un esempio di scattering 2D; in senso orario dall'alto a sinistra: il campo di pressione sonora totale, il livello di pressione sonora totale, la pressione scatterata e la pressione di fondo cilindrica.
Sinistra: Selezionare i tipi di campo di pressione Cylindrical wave o Spherical wave per l'acustica di pressione. Destra: Un esempio di scattering 2D; in senso orario dall'alto a sinistra: il campo di pressione sonora totale, il livello di pressione sonora totale, la pressione di scattering e la pressione di background cilindrica.
Accoppiamenti elettroacustici per gli altoparlanti
Le nuove funzioni aggiunte e migliorate semplificano ed ampliano gli accoppiamenti elettromagnetici utilizzati nei trasduttori, come le bobine. Questo è importante per modellare i motori dei diffusori. La funzione di dominio Coil supporta ora la velocità (termini di Lorentz) in 3D e in assialsimmetria 2D. Nelle applicazioni di meccanica strutturale, il contributo della forza di Lorentz può essere registrato automaticamente con la funzione Boundary Load. Lo dimostra il modello Loudspeaker Driver nella Application Gallery e nelle librerie applicazioni.
Percorso della Application Library con un esempio che utilizza la funzione di dominio Multi-turn Coil migliorata:
Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/loudspeaker_driver
Il modello del motore di un diffusore presenta nuovi accoppiamenti elettroacustici.
Tutorial aggiornato: Loudspeaker Driver
Questo modello è stato aggiornato e ora utilizza i nuovi accoppiamenti elettromagnetici automatici tra la bobina mobile e il campo magnetico. La velocità (termine di Lorentz) è stata aggiunta al dominio Coil e il contributo di forza di Lorentz è definito grazie alla funzione Boundary Load. La nuova funzionalità elimina la necessità di definire le equazioni necessarie per modellare questo tipo di accoppiamento multifisico.
NOTA: questo modello richiede l'Acoustics Module e l'AC/DC Module.
Percorso della Application Library:
Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/loudspeaker_driver
Opzioni Logarithmic e ISO preferred frequencies per lo sweep della frequenza
Sono stati aggiunti due nuovi metodi per definire lo sweep della frequenza in uno studio:Logarithmic: Inserire la prima e l'ultima frequenza e il numero di frequenze desiderate per decade. Questa funzione è disponibile in COMSOL Multiphysics® e non richiede alcun prodotto aggiuntivo.
ISO preferred frequencies: Selezionare la prima e l'ultima frequenza e l'intervallo desiderato (ottava, 1/3 di ottava, 1/6 ottava, 1/12 di ottava e 1/24 di ottava).
La definizione delle frequenze per 1/3 di ottava è basata sullo standard ISO 266. L'opzione standard è estesa alle frequenze basate su ISO 3 (serie R20, R40 e R80) per definire gli intervalli 1/6 di ottava, 1/12 di ottava e 1/24 di ottava. Si noti che è necessario selezionare Show > Advanced Study Options nella barra degli strumenti del Model Builder per utilizzare questa opzione.
Aggiornamenti a PML (Perfectly Matched Layers)
Sono state aggiunte diverse opzioni alla funzione Perfectly Matched Layer, che consentono di personalizzare le proprietà degli strati:
- L'opzione Enable/disable PMLs nel solutore è utile per modellare problemi di scattering dove l'origine è un campo calcolato.
- L'opzione del tipo di geometria definito dall'utente è disponibile se la geometria del PML non è standard e può essere utilizzata anche quando si riesce a rilevare automaticamente la geometria di un PML.
- È possibile scegliere le funzioni di stretching delle coordinate per definire la scala di un PML. Ciò consente di adattare la scala all'interno di un PML, ad esempio, per assorbire in modo molto efficiente le onde in specifiche configurazioni di fisica.
Altri miglioramenti importanti e correzioni dei bug
- Grafici del campo lontano aggiornati con una nuova opzione per specificare la direzione di riferimento che definisce l'angolo di 0 gradi.
- Opzione di temperatura Calculate nell'interfaccia Compressible Potential Flow.
- L'interfaccia Compressible Potential Flow ha due nuove condizioni al contorno: Interior Wall (Slip Velocity) e Mean Flow Velocity Potential. Inoltre, esiste un'opzione per calcolare automaticamente il campo di temperatura nel flusso. Questo viene utilizzato quando si imposta il flusso di background per un modello di flusso potenziale linearizzato.
- Due nuove condizioni al contorno termiche sono state aggiunte all'interfaccia Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain:
- La condizione Heat Flux viene utilizzata quando una fonte di calore pulsante genera onde acustiche.
- La condizione Interior Temperature Variation viene utilizzato per modellare applicazioni come una piastra sottile con una variazione termica armonica generata dal riscaldamento resistivo della corrente impulsiva.
- Oltre ad aver cambiato il nome della funzione Incident Acoustics Fields in Background Acoustics Fields nelle interfacce Linearized Euler, tutte le variabili con il suffisso _i sono cambiate in _b.
- I nomi delle variabili riferite a derivate temporali nelle interfacce Linearized Navier-Stokes and Linearized Euler sono state modificate da p_t a pt, da u_t a ut, da rho_t a rhot e da T_t a Tt.
- Sono state aggiunte due sorgenti puntiformi all'interfaccia Acoustic Diffusion Equation.
Tutorial aggiornato: Acoustic Streaming in a Microchannel Cross Section
I recenti progressi nella fabbricazione di sistemi microfluidici richiedono la manipolazione e miscelazione di cellule vive e di altre microparticelle. Tutto ciò può essere realizzato usando le forze di irradiazione acustica e la resistenza viscosa di un flusso acustico.
- Streaming: a causa dei termini non lineari nelle equazioni di Navier-Stokes, la perturbazione armonica del flusso porterà ad un flusso netto mediato nel tempo chiamato acousting streaming.
- Lo streaming acustico è un effetto acustico (non lineare) del secondo ordine che può essere simulato in due modi:
- Soluzione delle equazioni di Navier-Stokes non lineari
- o, come illustrato di seguito, separando le scale temporali.
- Lo streaming acustico è un effetto acustico (non lineare) del secondo ordine che può essere simulato in due modi:
- Radiation Force: a causa dei termini non lineari nelle equazioni governanti, la quantità di moto può essere trasferita da un campo acustico alle particelle.
- Questo si traduce in una forza netta che agisce sulle particelle — la forza di radiazione acustica.
La traiettoria delle particelle nei dispositivi dipenderà dall'equilibrio tra la forza di trascinamento viscoso (dal flusso di streaming) e la forza di radiazione acustica. Questo modello illustra come includere e modellare entrambi utilizzando l'Acoustics Module in COMSOL Multiphysics®.
Link alla Application Gallery:
Acoustic Streaming in a Microchannel Cross Section
Il flusso acustico all'interno della sezione trasversale di un microcanale.
Tutorial aggiornato: Poroelastic Waves with Thermal and Viscous Losses (Biot-Allard Model)
Nelle applicazioni in cui le onde di pressione e le onde elastiche si propagano nei materiali porosi riempiti d'aria, le perdite termiche e viscose importanti. Questo è il caso tipico dei materiali per insonorizzare gli ambienti o dei materiali utilizzati per il rivestimento degli abitacoli delle autovetture, ma anche dei materiali porosi usati per le marmitte dal settore automobilistico.
In molti casi, questi materiali possono essere modellati con modelli poroacustici (modelli fluidi equivalenti) implementati nell'interfaccia Pressure Acoustics. Questi modelli non catturano tutti gli effetti, quindi a volte è necessario includere anche le onde elastiche nella matrice porosa. Per questo si ricorre alla cosiddetta teoria di Biot-Allard per la modellazione di onde poroelastiche.
L'interfaccia Poroelastic Waves dell'Acoustics Module si basa sulla classica teoria di Biot utilizzata nel campo delle scienze della terra. Questo modello assume che il fluido saturante sia un liquido (acqua) e include solo le perdite viscose. Gli input del materiale sono diversi da quelli forniti generalmente con materiali di isolamento acustico. Questo modello mostra come sia possibile impostare l'interfaccia Poroelastic Waves per includere gli effetti termici e viscosi descritti dalla teoria di Biot-Allard.
Link alla Application Gallery:
Onde poroelastiche con perdite termiche e viscose (modello di Biot-Allard)
Impedenza normale di un singolo strato poroso in funzione della frequenza. Le curve includono le perdite sia termiche che viscose del fluido, nonché la deformazione meccanica della matrice porosa.
Tutorial aggiornato: Sonic Crystal
I cristalli fononici e sonici hanno un crescente interesse scientifico per applicazioni tecnologiche molto diversificate. Questi cristalli sono costituiti dalle distribuzioni periodiche di scatterer incorporati in una matrice. In determinate condizioni, si possono formare le cosiddette band gap, ossia bande spettrali in cui è interdetta la propagazione delle onde.
Questo tutorial analizza prima un cristallo sonico e ne determina la struttura a bande. Quindi, analizza la perdita di trasmissione attraverso un cristallo di dimensioni finite e confronta i risultati con la struttura a bande.
Link alla Application Gallery:
Campo di pressione periodica all'interno della struttura del cristallo sonico. La periodicità viene applicata utilizzando le condizioni periodiche di Floquet (note anche come teorema di Bloch).
Tutorial aggiornato: Acoustic-Structure Interaction and Air Flow in Violins
Nel corso del millennio precedente, i fori di risonanza nei violini sono passati da una forma circolare ad una ovale. La maggior parte del suono dalle note basse emesse da un violino si irradia attraverso questi fori ovali. Il corpo vibrante del violino genera un suono a frequenze più alte, ma causa anche la risonanza dell'aria al suo interno.
Nella Application Gallery potete trovare due tutorial. Il primo riguarda l'interazione acustica-struttura per studiare come la risonanza d'aria è influenzata dalle vibrazioni nel corpo del violino. L'altro usa un'approssimazione di flusso per indagare il modo in cui scorre l'aria attraverso i fori ovali in funzione alla loro forma.
Questi modelli vengono descritti più dettagliatamente in un blog post intitolato "Analisi di tono e volume di un violino con la modellazione multifisica".
Link alla Application Gallery:
Interazione acustica-struttura e flusso d'aria nei violini
Il primo modo, qui a 300 Hz, di un modello accoppiato di violino e acustica.
Il flusso d'aria attraverso i fori f nel violino. Il flusso viene simulato come flusso potenziale.
Tutorial aggiornato: Energy Conservation with Thermoviscous Acoustics
Il suono che si propaga in strutture di piccole dimensioni è influenzato dalle perdite viscose e termiche vicino alle pareti. Queste perdite devono essere incluse quando si modella il comportamento acustico di tali strutture.
Questo tutorial studia la conservazione energetica in una configurazione di prova con un ingresso e una uscita e un risonatore di Helmholtz avente un collo molto stretto. L'acustica nel collo è modellata con l'interfaccia Thermoviscous Acoustics per un'analisi dettagliata delle perdite termiche e viscose. Al fine di studiare e verificare la conservazione energetica, il modello confronta l'energia totale dissipata nello strato limite con l'ingresso totale meno la potenza in uscita del sistema.
Una discussione più dettagliata della teoria di termoacustica si trova nel blog post intitolato "Theory of Thermoacoustics: Acoustics with Thermal and Viscous Losses".
Link alla Application Gallery:
Conservazione dell'energia con la termoacustica
Tutorial aggiornato: Sub-Component Lumping in Acoustics Using the Impedance Boundary Condition
Questo tutorial illustra un approccio di modellazione per derivare modelli semplificati nell'Acoustics Module. L'approccio consiste nella conversione di alcuni sottocomponenti complessi in condizioni al contorno di impedenza e nell'uso di acustica semplice per l'intero modello. In questo modo, si può aumentare considerevolmente la velocità computazionale.
Questo esempio è costituito da un sistema semplificato simile a una marmitta con un condotto principale e un risonatore di Helmholtz (il sottocomponente). L'acustica modellata nel risonatore è di tipo termoviscoso, perché è importante considerare le perdite termiche e viscose. L'obiettivo è di concentrare le caratteristiche del dominio acustico termoviscoso usando un modello di impedenza.
Il tutorial offre illustrazioni dettagliate su come derivare la condizione al contorno di impedenza in un modello acustico complesso, nonché come richiamare questa impedenza in un modello nuovo e più semplice. Inoltre, il modello illustra nei dettagli come usare l'Optimization Module per interpolare l'impedenza derivata su un modello RCL. La documentazione spiega come utilizzare questo secondo approccio per approfondire la conoscenza del sistema modellato.
Link alla Application Gallery:
Lumping di sottocomponenti in acustica con la condizione al contorno Impedance