Assessment of the absorption performance of sound absorbing materials. Use of the Trefftz's

246 Pages·2007·6.05 MB·English

by  Reinhilde Lanoye

KATHOLIEKEUNIVERSITEITLEUVEN
FACULTEITINGENIEURSWETENSCHAPPEN
DEPARTEMENTBURGERLIJKEBOUWKUNDE
AFDELINGBOUWFYSICA
AFDELINGAKOESTIEKENTHERMISCHEFYSICA
Celestijnenlaan200D-3001Leuven(Heverlee),Belgium
ASSESSMENT OF THE ABSORPTION
PERFORMANCE OF SOUND ABSORBING
MATERIALS
USE OF THE TREFFTZ’S METHOD AND OF A NEW
DUAL PARTICLE VELOCITY−PRESSURE SENSOR
Promotoren : Proefschrift voorgedragen tot
Prof. dr. ir. G. VERMEIR het behalen van het doctoraat
Prof. dr. W. LAURIKS in de ingenieurswetenschappen
Prof. dr. F. SGARD
door
Reinhilde LANOYE
Mei 2007

KATHOLIEKEUNIVERSITEITLEUVEN
FACULTEITINGENIEURSWETENSCHAPPEN
DEPARTEMENTBURGERLIJKEBOUWKUNDE
AFDELINGBOUWFYSICA
AFDELINGAKOESTIEKENTHERMISCHEFYSICA
Celestijnenlaan200D-3001Leuven(Heverlee),Belgium
ASSESSMENT OF THE ABSORPTION
PERFORMANCE OF SOUND ABSORBING
MATERIALS
USE OF THE TREFFTZ’S METHOD AND OF A NEW
DUAL PARTICLE VELOCITY−PRESSURE SENSOR
Jury: Proefschrift voorgedragen tot
Prof.dr.A.BULTHEEL,voorzitter het behalen van het doctoraat
dr.O.DAZEL(Universit´eduMaine,France) in de ingenieurswetenschappen
Prof.dr.ir.W.DESMET
door
Prof.dr.I.DJERAN-MAIGRE(INSA,France)
Prof.dr.P.GO¨RANSSON(KTH,Sweden) Reinhilde LANOYE
Prof.dr.M.HAMDI(UTC,France)
Prof.dr.W.LAURIKS
Prof.dr.F.SGARD(ENTPE,France)
Prof.dr.ir.G.VERMEIR
UDC : 519.63:620.179.17:699.84
Mei 2007
(cid:13)c Katholieke Universiteit Leuven
Faculteit Ingenieurswetenschappen
Arenbergkasteel, B-3001 Leuven (Heverlee), Belgium
Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden ver-
menigvuldigd en/of openbaar gemaakt worden door middel van druk,
fotokopie, microfilm, elektronisch of op welke andere wijze ook zonder
voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced in
any form, by print, photoprint, microfilm or any other means without
written permission from the publisher.
D/2007/7515/29
ISBN 978-90-5682-795-3
UDC 519.63:620.179.17:699.84
Voorwoord
Met dit werk sluit ik een hoofdstuk af. Maar, voordat ik dit doe, wil ik
enkele mensen bedanken die het mee mogelijk maakten dit hoofdstuk
in schoonheid te schrijven.
Ten eerste wens ik mijn Leuvense promotoren, Walter Lauriks en Ger-
ritVermeir, tebedanken. Eerstenvooralvoordeinleidingindewereld
vanhetonderzoek. Ikherinnermedeeerstegevleugeldewoordendieik
in december 2002 van Walter te horen kreeg ...je kan later nog altijd
met je botten in de beton gaan staan .... Daar zat ik dan. Bedankt
voor alle vrijheid die ik van jullie beiden kreeg, voor de faciliteiten die
ik ter beschikking kreeg´en de interesse die jullie lieten blijken wanneer
ik ze nodig had.
Jetiensaussi`aremercierFranckSgard,mondirecteurdeth`esefran¸cais.
Pour son id´ee d’utiliser la m´ethode de Trefftz et pour ses conseils nom-
breux. J’ai aussi appr´eci´e l’enthousiasme avec lequel il a corrig´e ce
manuscript. Aussi tous les coll`egues de l’ENTPE, merci pour les mo-
ments superbes pendant mes s´ejours chez vous et pour l’aide avec le
traitement du tas de paperasses.
Tijdens dit werk kwam ook een nauwe samenwerking tot stand met de
afdelingPMAvandeK.U.Leuven. VooreerstdenkikaanWimDesmet,
bedankt Wim voor de geduldige introductie die je me gaf in de theorie
van de golfgebaseerde methode. Ook wens ik je te bedanken voor je
bijdrage als jurylid. Maar ook tot Bert Pluymers wil ik enkele woorden
van dank richten. Jouw mailbox werd soms overstelpt met berichtjes
van me. Bedankt voor de hulp die je gaf bij al mijn vragen en pro-
grammatieproblemen.
Ineedtothankthemembersofthejuryfortheircarefulreadingofthis
work. Thanks professor Goransson for accepting this task and coming
toLeuventoattendmydefense. JeremercieProfesseurDjeran-Maigre,
I
Voorwoord
Olivier Dazel et professeur Hamdi d’avoir accept´e de juger ce travail et
d’ˆetre venu de France pour assister `a ma soutenance.
IkwensookhetFondsvoorWetenschappelijkeOnderzoek-Vlaanderen
(F.W.O. - Vlaanderen) van harte te bedanken voor het financieel on-
dersteunen van mijn onderzoek.
Ik wil ook zeker de collega’s van de afdeling Akoestiek en Thermische
Fysica niet vergeten. Jullie zorgden er elk op jullie eigen manier voor
dat het dagdagelijkse werkritme telkens weer doorbroken werd. Ik kan
jullie namen onmogelijk allemaal opsommen, maar ik denk hier toch
even in het bijzonder aan de ’(ex-)bewoners’ van ’het blokje’. Bedankt
voor alle toffe momenten tussen het onderzoekswerk door. Al ging ik
dan geen namen noemen, toch wens ik even een expliciet woordje van
dank te richten tot Luc en Na¨ıma, die me enorm geholpen hebben bij
de correctie van de franstalige samenvatting.
Alle vrienden en buren (van Leuven, Veltem-Beisem ´en Haasrode) die
telkens weer hun interesse lieten blijken, ook jullie wil ik bedanken.
Voor alle ontspanning die jullie me boden, voor alle gesprekken over
huis-, tuin- en keukenleed!
Moeke en vake, jullie hebben mijn studies mogelijk gemaakt en zo de
fundamenten gelegd voor mijn doctoraat. Tijdens al die jaren hebben
jullie me steeds weer gesteund en gemotiveerd. Bedankt daarvoor!
Ook een woord van dank aan mijn broers Diederik en Koenraad en
hun vrouwen Val´erie en Sophia, mijn schoonzus en schoonbroer in spe
Marthe en Jan en mijn toekomstige schoonouders Yo en Jan, bedankt
voor alle directe en indirecte steun en hulp tijdens al die jaren!
Stijn, ik wil jou toch even in het bijzonder bedanken voor alle steun,
voor alle begrip. Naast mijn inzet, heeft die van jou zeker ook bijge-
dragen tot het op tijd be¨eindigen van dit werk. Het was bij momenten
een behoorlijke beproeving voor jou en toch gaf je me nog op tijd en
stond, wanneer ik het nodig had, dat ene duwtje in de rug. Bedankt
voor alles!
Reinhilde, mei 2007
II
Abstract
Porous absorbing materials are applied in various fields of sound and
noise control. The presented work wants to deliver a numerical sim-
ulation tool to predict the acoustical behavior of geometrically com-
plex sound absorbing media under various excitations. To achieve this
goal, a deterministic method, which is based on the indirect Trefftz’s
method and which makes use of solution functions of the governing
equations to describe the field variables in the region of interest, is ex-
tended to analyze the sound field in and above porous absorbers. The
model is experimentally validated and used to analyze the sound field
in some real-life configurations. Afterwards, an initial impetus is given
towards the further analysis of the absorption performance of various
kinds of patchworks under different angles of sound incidence and the
study of sound propagation over impedance jumps, with the aid of a
model applicable to unbounded problems. Besides the development of
the simulation tool, a new dual particle velocity-pressure measurement
technique is presented.
Key words: acoustics - wave based method - sound absorption -
porous materials
III
IV
Beknopte samenvatting
Poreuze geluidsabsorberende materialen worden veelvuldig toegepast
voor geluidscontrole. Het voorliggend werk wil een numerieke
simulatietool aanreiken die mogelijk maakt het akoestisch gedrag van
geometrisch complexe geluidsabsorberende media onder diverse akoes-
tische excitaties te voorspellen. Om dit doel te bereiken, wordt een
bestaande deterministische methode uitgebreid zodat een analyse van
het geluidsveld in en boven poreuze absorberende media mogelijk
wordt. Deze methode is gebaseerd op de indirecte Trefftz’s methode
en ontwikkelt de veldveranderlijken in functie van oplossingen van de
geldende vergelijkingen. Het ontwikkelde model wordt experimenteel
gevalideerd en toegepast voor de analyse van het geluidsveld in enkele
specifieke gevallen. Verder worden de mogelijkheden onderzocht voor
destudievandeabsorberendeeigenschappenvandiversemediabijver-
schillende invalshoeken van het geluid en van de geluidsvoortplanting
indenabijheidvaneenimpedantiesprong. Voordezestudieswordteen
model toepasbaar voor oneindige probleemgebieden aangewend. Naast
de ontwikkeling en toepassing van de nieuwe simulatietechniek, wordt
eveneens het gebruik van een nieuwe deeltjessnelheid-druk sensor ver-
duidelijkt.
Sleutelwoorden: akoestiek - golfgebaseerde methode - geluids-
absorptie - poreuze materialen
V
VI