In general, fluid machinery like internal combustion engine or compressor includes nonlinearity and time-varying nature. For example, nonlinearity is generated by the presence of orifice and the time-varying nature is induced by the periodically moving valve. Conventionally, due to the limit in modeling technique, linear time-invariant acoustic source model has been adopted for the analysis of such fluid machinery duct. In this thesis, acoustic source model including nonlinear and time-varying characteristics was studied. The suggested source model was extended from linear time-invariant source model by adding terms which represent nonlinearity and time-varying nature. The added terms were selected from the information on the constitutional equations which express nonlinearity or time-varying nature of fluid, separately, and the product terms between nonlinear and time-varying terms were also adopted for considering coupled effect between two characteristics. The modified source model was applied to a simple fluid machine model composed of reservoir, valve, and duct. Reservoir pressure was maintained constant in the analysis. To obtain the pressure response, the method of characteristics (MOC) was employed and the resultant spectrum and total sound pressure level at the source plane were compared with those from the present model and the linear time-invariant model. In case of total sound pressure level, MOC and present model showed a good agreement. It was found that the linear time-invariant source model is enough for calculating the total level of radiated sound pressure. However, in the view point of the pressure spectrum, an improvement was obviously achieved by using the present model compared to the linear time-invariant source model.
선형 음원 모델은 자동차 내연 기관과 압축기 등의 성능 지수인 삽입 손실과 투과 손실을 계산하기 위하여 널리 사용되어왔다. 그러나 일반적인 내연 기관의 경우 상대적으로 높은 음압과 흡/배기 밸브의 움직임으로 인해 비선형성과 시변성이 반드시 존재한다. 선형 모델의 가장 큰 단점은 이런 비선형성과 시변성을 고려할 수 없는 점이다. 본 연구에서는 비선형항과 시변항을 추가한 확장된 음원 모델을 제시하였다. 적용된 비선형항은 입자속도 항으로 덕트 내부의 흐름에서 생기는 비선형성을 대표하고, 시변항은 밸브의 면적변화 항으로 밸브의 움직임을 통해 생기는 시변성을 대표한다. 유체 기계를 간략히 나타낸 검증 모델을 이용해 음원 모델의 타당성을 검증하였으며, 추가되는 항의 개수에 대해서 항의 개수를 1개에서부터 6개까지 추가시켜서 그 변화를 관찰하였다. 그 결과, 기존의 선형 모델과 비교하였을 때, 전체 음압 레벨의 비교에서는 큰 차이는 없었다. 하지만, 주파수 영역의 비교에서 기존의 모델보다 본 연구에서 제시한 음원 모델이 더 정확한 것을 알 수 있었다. 이것은 차후, 음질 분석 등의 목적으로 사용되면, 선형 음원 모델보다 더 정확한 결과를 얻을 수 있다. 항의 개수를 변화시켰을때에는, 큰 차이를 관찰할 수 없었다. 본 연구를 통하여 기존의 선형 음원 모델과 제시된 음원 모델이 전체 음압 레벨을 비교할때에는 서로 비슷한 것을 알 수 있었다. 하지만, 앞서 언급한 바와 같이 음질 분석 등의 주파수 영역 전체를 관심대상으로 하는 경우, 기존의 선형 음원 모델보다 제시된 음원 모델이 장점을 지니고 있음을 알 수 있었다.
