Ducts are used as guides for fluid transport in many mechanical systems. However, the duct serves as a guide for the fluid as well as a guide for sound waves, noise propagates through the duct when a noise source exists. Many studies are conducted to insulate the noise propagating through duct systems. However, previous studies have only addressed cases where the cross-sectional area of the duct is constant. In this thesis, an acoustic metaliner that can insulate noise propagating in a duct with linearly increasing cross-sectional area and the curvature of the center line of the cross-sectional area is 0 is designed with consideration of flow. First, through optimization and numerical simulation, optimal impedance of a metaliner that minimizes the transmitted wave through a duct with linearly increasing cross-sectional area is derived. In a duct with varying cross-sectional area, the flow speed varies according to the change in cross-sectional area. To consider this, the average flow speed of each section is calculated by dividing the duct into sections corresponding to the unit cells of the metaliner. Next, considering the effect of flow on the acoustic characteristic of the metaliner, a metaliner that satisfies the derived optimal impedance is designed. Considering the effect of the calculated average flow speed on the effective impedance of each unit cell, all unit cells are designed to satisfy the optimal impedance. It is examined that the metaliner, designed considering the change in cross-sectional area and flow, is suitable for the target frequency in the duct with linearly increasing cross-sectional area and the degradation of sound insulation performance due to flow is minimized.
덕트는 많은 기계 시스템에서 유체 운송을 위한 가이드로 사용된다. 하지만 덕트는 유체의 가이드인 동시에 음파의 가이드 역할을 하기 때문에 덕트 내의 소음원이 존재할 경우 소음이 전파되는 문제가 존재한다. 덕트를 통해 전파되는 소음을 줄이기 위한 많은 연구들이 수행되고 있다. 하지만, 관련된 연구들은 모두 덕트의 단면적이 일정한 경우에 대해서만 수행되어왔다. 본 연구에서는 단면적이 선형적으로 증가하고 단면적 중심선의 곡률이 0인 형상의 덕트 내에서 전파되는 소음을 차음할 수 있는 음향 메타라이너를 유동을 고려해서 설계한다. 먼저, 단면적이 변하는 덕트 내에서 투과되는 음파의 크기를 최소화하는 메타라이너의 최적 임피던스 값을 최적화와 수치 해석을 통해서 도출한다. 다음으로, 유동이 메타라이너의 음향 특성에 미치는 영향을 고려해서 도출된 최적 임피던스를 만족하는 메타라이너를 설계한다. 단면적이 변하는 덕트 내에서는 단면적의 변화에 따라서 유속이 달라진다. 이를 고려하기 위해서 덕트를 메타라이너의 단위 구조에 해당되는 구간들로 나누어서 각 구간의 평균 유속을 계산한다. 이렇게 계산된 평균 유속이 각 단위 구조의 유효 임피던스에 미치는 영향을 고려해서 모든 단위 구조가 최적 임피던스를 만족하도록 설계한다. 단면적의 변화와 유동을 고려해서 설계한 메타라이너는 단면적이 선형적으로 증가하는 덕트 내에서 목표주파수에 적합하고 유동에 의한 성능 저하가 최소화된 것을 확인한다.
