大面积高分子压电薄膜水听器对湍流边界层压力起伏的自噪声响应

分析大面积高分子压电薄膜水听器（PVDF）水听器在湍流边界层压力起伏（TBLPF）作用下的电压响应。推导了利用TBLPF的波数频率谱密度和水听器的响应函数来计算TBLPF激励下水听器输出电压的自功率谱密度的一般表达式,并利用转移矩阵法求解了水听器理论模型的响应函数。还计算了该水听器的灵敏度和其对TBLPF响应的等效平面波声压谱密度级。结果表明,大面积PVDF水听器的灵敏度和其对TBLPF的响应谱可能出现弯曲振动谐振峰,这些峰仅靠增加表面覆盖层的厚度是难以抑制的。讨论了避免或抑制这些峰的可能方法。     

TBL压力起伏激励下粘弹性圆柱壳内的噪声场：Ⅱ．有限水听器和阵

有限水听器和水听器阵是一种波数滤波器，它们能够降低流噪声。本文研究粘弹性圆柱壳内圆柱面和双圆片形水听器和阵对于TBL（湍流边界层）压力起伏的响应。用波数-频率谱分析方法导出：1）单个水听器的噪声功率谱，2）两个水听器噪声的空间相关函数，3）水听器阵的噪声功率谱。通过数值积分估计了噪声降低值与水听器的形状、尺寸、阵元数、阵元间距等参数的关系。同时也计算了两个水听器噪声的宽带和窄带空间相关系数。结果表明，水听器阵可有效地降低管内噪声。     

矢量拖线阵不同形状水听器流噪声响应特性

拖线阵声呐流噪声大小与水听器形状密切相关,为了揭示矢量拖线阵流噪声响应特性,研究了不同形状矢量水听器滤波特性及其噪声抑制特点。基于波数-频率谱分析方法,导出了圆柱形、球形、胶囊形矢量水听器的波数响应函数以及噪声功率谱解析表达式;并根据湍流边界层压力起伏Carpenter模型数值计算了矢量水听器波数响应函数、流噪声响应特性与水听器形状和几何尺寸之间的变化规律,得到了不同形状矢量水听器抑制流噪声特点。研究结果表明,细长胶囊形矢量水听器具有较好的流噪声抑制性能。      

湍流边界层压力起伏激励下弹性板的噪声辐射

本文提出一个统一的理论计算湍流边界层压力起伏激励下无限大弹性板的噪声辐射。用波数-频率谱传递函数表征包括弹性板和流体负荷在内的整个系统的特性,导出了噪声场互谱函数的一般表示式。这是复波数平面上的一个积分,它可以归结为两类极点的留数和。由于压力起伏的迁移峰引入的极点产生直接传递的噪声场,它在流体中呈现为渐消的非均匀波,因为这个极点处在高波数区。另一些由于结构传递函数引起的极点产生带有流体负荷的板的共振辐射场。这些极点的位置和留数可以用共振散射理论进行近似计算。对于水动力噪声情况,感兴趣的频率厚度乘积相当低,这时零阶对称模式对噪声辐射起主要作用。     

矢量拖线阵水听器流噪声响应特性

针对传统拖线阵流噪声理论的局限性, 建立了完善的矢量拖线阵流噪声理论分析方法, 可全面准确地揭示矢量拖线阵流噪声响应特性. 基于细长圆柱的湍流边界层压力起伏Carpenter模型, 采用波数-频率谱分析方法对矢量拖线阵流噪声响应特性进行了理论研究, 导出了圆柱形矢量水听器流噪声响应的声压和振速自功率谱及其互功率谱的解析表达式, 定量分析了流噪声响应功率谱与拖曳速度、水听器尺寸、套管尺寸和材料等参数之间变化规律; 另外, 还讨论了圆柱形矢量水听器偏离护套轴线时矢量拖线阵流噪声响应, 导出了流噪声响应的声压、径向和轴向振速自功率谱及其互功率谱的解析表达式, 数值计算结果表明: 轴线偏移距离对声压和轴向振速的高频噪声的影响要大于对低频噪声的影响, 而对径向振速的全频段噪声都有明显影响, 且对振速分量影响要远大于对声压影响.     

TBL压力起伏激励下粘弹性圆柱壳内的噪声场：Ⅰ．噪声产生机理

用波数-频率谱传递函数描述包括粘弹性圆柱壳和流体负荷在内的整个系统，导出了TBL（湍流边界层）压力起伏激励下管内噪声场互谱函数的一般表示式。存在着两种噪声产生机理：一种是压力起伏的迁移峰通过柱壳直接传递，另一种是压力起伏激励桂亮共振产生再辐射。在低频情况下。后一种机理产生的噪声起主要作用。通过求解带有流体负荷的圆柱壳的频散方程，得到复K平面上两个Stoneley型极点。它们是低频条件下管内噪声的主要源。最后，用数值积分方法计算了柱壳半径、壳厚、材料吸收及流速等因素对噪声降低值的影响。     

医用超声测量用PVDF探针形高频微型水听器的研制

本文叙述了用于医学超声测量的两种ＰＶＤＦ探针形高频微型水听器的设计特点，结构和它们的性能测量结果，最后介绍在非线性声学研究中的应用实例。     

湍流边界层压力起伏频谱特性研究

本工作对水中回转体TBL（湍流边界展）压力起伏频谱特性进行了分析研究．将TBL压力起伏谱分频率高于迁移频率f0和低于f0的两个频段描述,给出与实验用模型相应的f0计算关系;由实验结果的分析得到TBL转捩区和发展区压力起伏频谱与频率、速度间的关系。     

基于宽频带温度脉动仪的大气温度起伏谱测量

常用温度脉动仪测量湍流的频谱, 频谱范围多在20Hz以下, 无法呈现大气温度起伏的高频特征。介绍一种宽频带低噪声温度脉动仪的设计方法, 研制出相应的仪器, 并进行了真实大气温度起伏测量实验。结果表明, 大气温度起伏具有丰富的高频信息, 温度起伏功率谱在更宽的频率范围内存在幂率不变性, 部分温度谱在高频部分出现拐点, 以更陡的幂率下降, 湍流谱的形状以及拐点出现的位置和湍流强度有一定的关系。拓宽了温度起伏功率谱的研究范围, 为光波传输的理论研究和技术应用提供了高频湍流谱信息, 为非Kolmogorov湍流研究提供了测量手段。     

大气对流边界层光传输的实验室模似

利用湍流池模拟大气对流边界层的光传输 ,同时测量了到达角起伏和光路上的温度脉动。结果表明 ,在混合层的上部 ,对数温度谱偏陡 ,和大气中的观测结果一致 ,到达角起伏谱也偏陡 ,但到达角起伏谱曲线反映了湍流在小尺度范围内具有各向同性的特征 ,此时利用温度脉动方法得到的折射率结构常数小 ;当边界层顶部逆温层消失 ,发展为完全对流状态时 ,温度谱幂率等于“ - 5 3” ,到达角起伏谱幂率等于“ - 8 3” ,两种方法测量得到的折射率结构常数一致。     

大气对流边界层光传输的实验室模拟

利用湍流池模拟大气对流边界层的光传输,同时测量了到达角起伏和光路上的温度脉动。结果表明,在混合层的上部,对数温度谱偏陡,和大气中的观测结果一致,到达角起伏谱也偏陡,但到达角起伏谱曲线反映了湍流在小尺度范围内具有各向同性的特征,此时利用温度脉动方法得到的折射率结构常数小。当边界层顶部逆温层消失,发展为完全对流状态时,温度谱幂率等于“－5／3”,到达角起伏谱害虫率等于“－8／3”,两种方法测量得到的折射率结构常数一致。     

湍流激励下柔性层贴敷加筋板自噪声的特征机理

为了研究湍流激励下柔性层贴敷加筋板自噪声的特征机理,基于湍流边界层壁面脉动压力功率谱模型、周期加筋板弯曲运动方程和固体波动方程以及力平衡与位移连续边界条件,建立了湍流边界层壁面脉动压力激励下柔性层贴敷单向周期加筋板的振动及内噪声物理模型。研究发现:橡胶外贴时对湍流激励下壳板的减振降噪主要依靠橡胶的厚度模态振动。无筋时,橡胶层外贴板较无橡胶贴敷板,主要降低湍流脉动压力的水动力学成分所致结构自噪声,距壳板0.05m时,声压降幅小于3 dB,橡胶外贴加筋板相对于加筋板,对湍流激励结构自噪声的降低基本涵盖整个波数域,距壳板0.7 m处,声压降幅仍然在20 dB左右。肋骨横截面高度或宽度每增大1倍,壳板肋骨处加速度自功率谱级降低3 dB,非肋骨处加速度及板内侧声压自功率谱则基本不变,肋骨间距改变对壳板加速度响应及板内侧声压自功率谱级皆无显著影响。      

对流湍流池Fried相干长度的光学结构

利用不同的方法，测量并比较了用自适应光学补偿实验的对流湍流池的相干长度，给出到达角起伏谱和起伏方差的概率分布，结果表明，在对流湍流池中，光束的到达角起伏谱满足“－８／３”幂，由于相位起伏服从正态分布，因此到达角起伏的方差呈Ｘ＾２分布，到达角起伏在水平和垂直方向上的谱完全一致表明了湍流池湍流的各向同性特征，相干长度与对流湍流池上下温差的实验结果，符合以往对流湍流池的流体力学和热力学相心关系。     

模拟的对流边界层光学湍流的特征尺度分析

边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征,是边界层研究的一个重要方面,这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。由于边界层上部位置较高,难以进行精细结构观测。在室内对流水槽(150cm×150cm×60cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据。利用改进协方差法对光斑图像进行功率谱分析,找出功率谱密度最大值所对应的频率即峰值频率,峰值频率对应的波长为涡的特征尺度。研究结果表明,在混合层,峰值波长较小,说明此处混合比较均匀,小尺度结构占主导地位。而夹卷层的峰值波长较大。夹卷层的平均峰值波长与对流Richardson数存在一定的关系,这种关系受下垫面类型以及对流状况的双重影响。     

水听器非轴线布放时的拖线阵流噪声响应

对拖线阵流噪声理论做出两项改进.(1)对Corcos/Carpenter两种压力起伏模型以及相应的拖线阵流噪声响应进行了全面的比较; (2)讨论了有限水听器非轴线布放时的拖线阵流噪声响应,并导出了噪声功率谱的解析表达式.结果表明,这两种压力起伏模型的波数谱、流噪声响应具有一定差别;流噪声响应与拖曳速度、套管外径以及轴线偏移距离有着密切关系.基于Carpenter模型的数值分析表明,拖曳速度提高一倍,噪声功率谱增加约24 dB,且随着套管外径的增大而减小、轴线偏移距离的增大而增大.套管外径以及轴线偏移距离对高频噪声的影响要大于其对低频噪声的影响.     

强激光光学元件表面功率谱密度函数估计

在扼要描述了光学件表面轮廓测量中功率谱密度（ＰＳＤ）函数的基本概念、公式和应用基础上,重点讨论了光学元件表面低频和中高频空间频率ＰＳＤ对光场分布的影响,并给出了强激光光学元件表面ＰＳＤ函数曲线的几个实测结果。     

湍流级串和动力学过程之间的关系

利用在边界层转捩中逐渐建立起来的主要动力学过程，对湍流级串概念做了进一步的分析.对边界层转捩的测量结果进行定量分析，从所得能谱中可以清楚看到湍流级串与转捩的动力学过程的对应关系，进而丰富了对湍流级串的理解. 关键词： 级串 动力学 转捩     

非平稳水声混响过程的自适应谱估计

声多普勒流速剖面仪（ＡＤＣＰ）信号是一非平稳水声混响过程。我们用自适应格形滤波器估计它的谱。应用了三种程序，它们分别是随机梯度（ＳＧ）、快速卡尔曼滤波（ＦＫ）和递归最小二乘（ＲＬＳ）。在最佳参数的情况下给出了学习曲线。由这些学习曲线我们认为ＲＬＳ是最好的。它的收敛速度可与ＦＫ相比拟。但它的均方误差（ＭＳＥ）较小。用ＲＬＳ程序估计了ＡＤＣＰ信号的谱。随着运动介质非平稳性的增加，功率谱峰的数目可以是一、三或二，它们分别相应于介质运动的准平稳区、非平稳区或强非平稳区。这些与运动介质演化谱理论和Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ谱理论一致。在这些理论中，非平稳因子Ａ和特征宽度Ｂ两个都重要。当相应于散射体容积元的时间间隔Ｔ小于Ｂ时，可以设功率谱显示单峰特征，当Ｔ在Ｂ附近时，功率谱中有三个峰，当Ｔ大于Ｂ时，可以采用有两个峰的功率谱。     

纳米流体的激光自混频功率谱密度研究

纳米流体运动特性和颗粒参数的测量对纳米流体换热效率的研究具有重要意义。本文将激光自混频技术应用于纳米流体测量中,给出了自混频信号功率谱密度函数的表达式并实验研究其变化规律。研究结果表明,功率谱密度展宽具有佛克脱函数的形式。激光垂直入射流动样品池时,功率谱密度得到展宽,展宽程度随着定向流速的增大或束腰半径的减小而增大。激光倾斜入射流动样品池时,功率谱密度在展宽的同时还伴随多普勒峰移,其位置随着定向流速的增大或散射矢量与定向流速之夹角的减小而迁移至高频。     

旋流两相流动的DSM—PDF两相湍流模型

本文提出了气相雷诺应力方程模型和颗粒概率密度输运方程模型相结合而构成的ＤＳＭ—ＰＤＦ两相湍流模型,并用该模型和ｋ－ε－Ｋｐ模型模拟了文献中测量的旋流数为０．４７的旋流突扩气粒两相流动．和测量结果的对照表明,两模型都能较好地模拟族流数不高的两相流动平均速度场,但ＤＳＭ—ＰＤＦ模型可以揭示出两相湍流的各向异性,因此有预报强旋两相流动的潜力．