近平衡声波衰减的体积粘度模型

由于振动和旋转分子弛豫引起的声波衰减，在近热力学平衡且不存在分子解离的简化假设下，可通过指定体积粘度系数 $\mu_B$ 来解释。本文提出一个简单的频率相关体积粘度模型，在此假设下，能在 Navier--Stokes 和格子 Boltzmann 模拟中精确捕捉从次声到超声频率的波衰减率。该模型可扩展到任何具有分子弛豫时间尺度和衰减测量可用的气体混合物。通过对空气改变基础温度、压力、相对湿度 $h_r$ 和声学频率来评估模型性能。由于氧和氮的振动弛豫时间尺度是湿度的函数，对于某些频率可找到使 $\mu_B$ 最大化的 $h_r$ 中间值。由于旋转弛豫对体积粘度的贡献被验证为温度的函数，证实了文献近期发现。虽然 $\mu_B$ 随更高频率而减小，但如通过无量纲分析所示，其对波衰减的影响变得更显著。提出的体积粘度模型设计用于频域线性声学公式，但也可扩展到窄带频率内容流的时域模拟。