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1.  谐振管内非线性驻波的有限体积数值算法  
   宁方立  董梁  张文治  王康《物理学报》,2012年第61卷第19期
   为了扩展谐振管内非线性驻波在工程中的应用, 以及克服现有数值计算方法仅局限于求解直圆柱形和指数形谐振管内非线性驻波的问题. 根据变截面的非稳态可压缩热黏性流体Navier-Stokes方程和空间守恒方程, 并基于求解压力速度耦合方程的半隐式算法和交错网格技术, 构建一种能够计算任意形状轴对称谐振管受活塞驱动时内部非线性驻波的有限体积算法. 分别对圆柱形、指数形和圆锥形谐振管内的非线性驻波进行仿真计算. 通过与现有试验结果以及数值仿真结果的对比, 验证了该方法的正确性.并获得除驻波声压之外的另外一些新的物理结果, 包括速度、密度、温度的瞬时变化.在直圆柱形谐振管内产生冲击声压波, 速度波形中出现钉状结构.而在指数形和圆锥形谐振管内产生高声压幅值的驻波, 没有出现冲击波, 速度波形中均未发现钉状结构. 计算结果表明谐振管内非线性驻波的物理属性与谐振管形状之间有密切关系.    

2.  鼓泡床中超声驻波的模拟及其对气泡的调制机理  被引次数:1
   李彦鹏  Fan L.-S.《应用声学》,2006年第25卷第5期
   采用计算流体动力学(CFD)的方法,数值生成了鼓泡床中一对声换能器以16kHz高频振动引发的超声场。数值计算是基于包括粘性影响的可压缩流体基本守恒方程,并耦合了水的状态方程。模拟结果表明,在本研究所用的几何布置和换能器与时间相关的速度入口边界条件下,反应器中形成了一个稳定的驻波声场;由于波的非线性以及水的粘性,压力波节点呈现出轻微的时间漂移性。模拟结果与前人的实验结果定性吻合。在模拟的声压分布的基础上,分析了驻波声场调制气泡的机理。如比较熟知,气泡在驻波声场作用下或者向压力波节点运动或者向压力波腹点运动,取决于气泡尺寸与共振尺寸的关系。    

3.  高次谐波体声波谐振器谐振频率分布研究  
   张辉  王佐卿  张淑仪《声学学报》,2006年第31卷第1期
   基于由谐振频率分布提取压电薄膜参数的方法,研究影响高次谐波体声波谐振器(HBAR)谐振频率分布的因素。对多种HBAR进行模拟计算,模拟结果显示,变化基片对薄膜的声阻抗比值会引起并联谐振频率间隔的分布和有效机电耦合系数的分布改变;当薄膜的基模在高频时,改变电极对薄膜的声阻抗比值和电极厚度会引起谐振频率分布改变。这些结果表明,通过调整影响谐振频率分布的因素能使谐振频率变化,进而得到在特定的频率上产生谐振。    

4.  热声发动机的CFD数值模拟  
   余国瑶  罗二仓  戴巍  胡剑英  吴张华《工程热物理学报》,2010年第31卷第1期
   采用计算流体动力学(CFD)方法,对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机实验系统分别进行了二维和三维数值模拟。计算模型具有与实验系统相同的几何结构、尺寸和运行工况。对计算模型的有效性进行了研究,表明实现有限换热条件的板叠实物模型适合驻波热声发动机的模拟,而实现局域热平衡的多孔介质模型适合热声斯特林发动机的模拟。计算结果成功观测到了非线性的自激振荡演化过程,捕捉到了两种发动机的不同非线性现象。计算结果分别给出了两种热声发动机内部的声场分布特性和复杂流场。计算结果与实验结果的对比验证了CFD方法对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机模拟的有效性。    

5.  新型热声谐振机构的理论分析和实验验证  
   满满  罗二仓  戴巍  吴张华《工程热物理学报》,2010年第6期
   谐振管作为热声发动机的重要组成部分,其长度占整个系统轴向长度的大部分。本文提出了一种利用液体和弹性膜组成谐振系统的方法,并使用这种谐振系统取代谐振管,使系统轴向尺寸减少为原来的1/5。文中利用线性热声理论对该谐振系统的谐振频率进行了计算,并对不同阻尼系数对系统的耗散做出了分析。实验结果表明,在利用驻波热声发动机驱动的情况下,谐振系统自激起振,谐振频率为360 Hz,实际谐振频率与计算值误差在5%以内。    

6.  锥形渐变截面驻波管及其极高纯净驻波场的实验研究  
   闵琦  尹铫  李晓东  刘克《声学学报》,2011年第36卷第6期
   锥形渐变截面驻波管是用锥形管代替突变截面驻波管突变截面部分的驻波管.为对比研究锥形渐变截面驻波管与突变截面驻波管的声学及其极高纯净驻波场性质,首先借助传递矩阵,对锥形渐变截面驻波管的声学性质进行了实验研究.研究表明,与突变截面驻波管一样,锥形渐变截面驻波管也属于失谐驻波管.利用其失谐性,在一阶共振频率激励下,锥形渐变截面驻波管获得了181 dB的极高纯净驻波场.在对锥形渐变截面驻波管和等长的突变截面驻波管的驻波饱和性质进行对比实验研究后发现,在一阶共振频率下,锥形渐变截面驻波管不仅能很好地抑制管内驻波场高次谐波的增长,而且能有效地降低管内驻波场的能量损耗,在相同扬声器激励电压下获得声压级更高的大振幅纯净驻波场.实验研究还发现,在三阶共振频率激励下,锥形渐变截面驻波管的大振幅驻波场三次谐波频率接近声压级传递函数谷值对应的声源端七阶阻抗共振频率,三次谐波随基波快速增长并表现出趋于二次谐波的饱和性质.    

7.  轻质板壳结构振动与声学耦合特性的理论及实验研究  
   辛锋先  卢天健《应用数学和力学》,2014年第6期
   复杂板壳/板腔结构被广泛地用作汽车、高速机车、舰艇/潜艇及航空航天飞行器等外壳及内部隔舱结构,其声振耦合特性研究对降低交通工具舱内外噪声至关重要.在民用及国防工业领域减振降噪应用需求的牵引下,围绕典型板壳/板腔结构在静止流体及平均流流场中的声振耦合问题,通过理论建模、实验验证和数值计算分析相结合的研究方法,对由点激励或外部复杂声场和流场作用下产生的结构弯曲波、声波在板壳结构中的传播行为及结构的动力学响应和声振耦合特性进行了系统深入的研究,并对结构进行了力学性能和声学性能综合优化设计方面的有益探索.主要研究内容及学术贡献如下:第一,基于声波速度势函数分别建立了简支和固支双板空腔结构声振耦合性能的理论模型.相对于传统的刚性空腔模态函数法,该理论模型精确描述了边界条件对薄板和密封空气腔的约束作用,具有更广泛的适用性.研究发现:空腔厚度显著影响结构的声振耦合性能,结构传声损失曲线波峰波谷随空腔厚度的增大向低频偏移,隔声性能随之增强;低频段有限大结构传声损失大于无限大结构,而高频段无限大结构的传声损失为有限大结构提供了可能的上限;增加板厚能显著加强双板空腔结构的隔声能力;入射声波的俯仰角显著影响结构的隔声性能,而方位角的影响可以忽略.开展实验验证研究,证实了简支和固支理论模型的正确性和可靠性.研究表明,固支双板空腔结构的固有频率高于简支结构;在低频段,两种边界下的结构传声损失差别很大,而在高频段,两种边界下的结构传声损失差别取决于入射声波的俯仰角;可采用声波垂直入射情况下简支板的模态振型近似模拟固支板的模态振型,但在声波斜入射情况下,两种模态振型差别显著.第二,针对有限大简支板在两侧存在平均流情况下的声振耦合问题,建立了相关理论模型并分析研究了平均流对简支板传声损失的影响,该模型通过对流波动方程和流固界面上位移连续性条件的应用考虑了气动弹性耦合效应的影响.不同于以往的研究,该模型可分析研究最一般的情况,即简支板的两侧同时存在平均流,为深入研究分析此类问题奠定了理论基础.研究表明,入射声场中的平均流对传声损失的影响明显不同于透射声场中平均流的影响;声波折射角随入射角和平均流流速变化的等高线图存在两个分支,分别为正折射分支和负折射分支;平均流在透射声场情况下的等高线图与平均流在入射声场情况下的等高线图相比,相当于互换了入射角和折射角坐标系;空气动力学阻尼效应对传声损失的影响在两种情况下均可体现,但是两种情况下的结构吻合共振低谷差别显著:随着Mach数的增大,平均流在入射声场情况下的吻合共振频率增大,而平均流在透射声场情况下的吻合共振频率保持不变;板两侧同时存在平均流的情况下,反映折射关系的等高线图明显不同于只有一侧存在平均流的情况.另外,声波顺流入射与逆流入射对板的声振耦合特性影响显著.第三,针对飞机机身典型的双层板壳结构,考虑了飞机在巡航飞行状态时,外部气流对飞机喷气发动机产生的噪声从舱外传入舱内产生影响的物理过程与物理机理.结合板壳振动理论、对流声学波动方程、Navier-Stokes方程及流固耦合条件,建立了相关的理论模型,给出了不同Mach数下气流速度对结构传声的影响,发现了传声过程出现的4种新的声学现象;基于基本物理原理给出了4种声学现象对应频率的计算公式,并与基于振动理论、对流声学波动方程及Navier-Stokes方程的理论模型计算结果取得良好的吻合.研究表明:(i)声波顺流入射情况下,结构传声损失随Mach数的增加而增大;由于平均流的质量增加效应,使得除吻合共振以外的其它3种声学模态共振的频率显著地偏向低频;吻合共振频率增大是因为其主要受平均流折射效应的影响;(ii)声波逆流入射情况下,随着Mach数的增加,除吻合共振以外的其它3种声学模态共振频率增大直至Mach数达到临界值;当Mach数超过临界值后,板-空气-板共振、驻波衰减和驻波共振消失,仅剩吻合共振,同时,结构传声损失随Mach数的增加而增大;(iii)板曲率和舱内压的联合作用对结构传声损失具有显著影响,在曲板环频率共振附近的低频区域表现得尤为明显.第四,应用空间谐波分析法理论研究了波纹层芯夹层板结构的声振耦合特性,揭示了波纹层芯结构对整体结构隔声能力的影响;同时考察了其频散特性,发现声波在夹层板结构中传播时存在禁带和通带现象,并且传声损失曲线上的波峰和波谷与频散曲线存在内在联系.研究结果主要包括:(i)声波入射角对夹层板结构的隔声性能具有重要影响,夹层板对垂直面板入射的声波具有最好的隔声效果;(ii)波纹层芯的结构倾角对三明治夹层板的隔声性能影响显著,即随着波纹层芯结构倾角的增大,结构传声损失STL曲线上的所有隔声波峰与隔声波谷均向高频推移,传声损失整体增大,同时传声损失曲线上低频平滑段逐渐向高频扩展;(iii)对夹层板结构频散特性及传声损失的分析研究,深入揭示了传声损失曲线上出现的波峰波谷的本质的物理机理:即波峰的出现对应于驻波振动而波谷的出现对应于结构波的吻合共振;(iv)定义了综合力学和声学性能的评价指标,并据此对夹层板结构的质量、力学刚度和隔声能力进行了综合的优化设计.第五,基于Fourier积分变换法和空间谐波分析法,分别建立了正交加筋三明治夹层板结构的声辐射理论模型和结构传声理论模型.不同于以往的研究,该理论模型通过在面板的振动控制方程中引入加筋板对面板的拉力、弯矩和扭矩及其相应的惯性项,精确描述了加筋板振动对面板的作用.研究表明:(i)入射声波俯仰角对夹层板结构的传声损失影响显著;斜入射的声波比垂直入射的声波更容易穿透夹层板结构,这是因为斜入射的声波与结构中的弯曲波可以发生相长干涉;(ii)加筋板惯性效应的引入使理论预测结果捕捉到更多的物理细节,进而更准确地预测结构的声振耦合特性;(iii)作为夹层板结构周期特性的关键参数,加筋板周期间距对结构声振耦合特性影响显著,即结构的固有频率随周期间距增大而减小,特性曲线上的波峰波谷向低频偏移,但特性曲线总体形状趋势相似.最后,针对航空航天飞行器中常用到的轻质三明治复合材料夹层板结构,应用等效流体模型模拟声波在多孔纤维吸声材料中的传播,分别建立了层芯空腔填充多孔纤维吸声材料的正交加筋三明治夹层板结构的声辐射理论模型和结构传声理论模型.通过引入材料动态密度和动态体积模量,考虑了声波在纤维材料中传播时空气与纤维间的粘性拖曳力和热交换作用.研究发现,流固耦合效应对结构声辐射/传声有较大影响,而加筋板间距的增大会加剧该影响;纤维材料通过自身的刚度和阻尼损耗效应的共同作用来影响结构的声振耦合特性,而这两种作用的平衡受到结构周期间距的显著影响;提出了综合结构质量、刚度和隔声能力综合性能的夹层板结构优化设计准则,以结构的关键尺寸参数为优化设计变量,对结构进行了初步的优化设计.总之,在国家民用工业及国防工业减振降噪重大应用需求的牵引下,该文通过理论分析、实验验证和数值计算,研究了汽车、高速机车、舰艇/潜艇及航空航天飞行器中常用典型结构的声振耦合特性,建立了相对完善可靠的结构声振耦合特性理论表征体系,分析了关键结构参数对结构声振耦合特性的影响,揭示了弯曲波在结构中的传播规律及结构的声辐射/传声特性,提出了轻质、高强度、声辐射小及隔声性能优良的复杂板壳结构的创新优化设计概念,建立了综合结构质量、力学刚度和声振耦合特性的优化设计理论和判据,为典型板壳/板腔结构在民用工业及国防工业中的应用奠定了理论基础、实验依据并提供了技术支撑.    

8.  压电扬声器驱动的热声制冷机中阻抗匹配研究  被引次数:1
   范理  张淑仪  王本仁《声学学报》,2007年第32卷第1期
   为了减小热声制冷机的体积,在热声系统中,采用具有较高工作频率的压电扬声器作为驱动源,因此,压电扬声器与热声谐振管的匹配成为研究和改进此类热声制冷系统性能的重要因素。采用电力声等效电路的方法,推导出扬声器输出声功率和电声转换效率的表达式,并为获得高声功率和高制冷效率,对扬声器和谐振管结构以及工作频率进行优化。结果表明,谐振管的谐振频率即为系统的最佳工作频率,而当系统总的抗性为零时,扬声器输出较大的声功率。然而系统效率与输出声功率不能同时达到最大值,因此在实际应用中只能采取折中的效果。    

9.  热声驱动器谐振频率影响因素分析  被引次数:6
   汤珂  陈国邦  黄永华  包锐《低温与超导》,2003年第31卷第1期
   分析了结构参数、操作参数以及工质等因素对热声驱动器谐振频率的影响 ,并结合驻波型热声驱动器 ,给出了相应的计算结果和实验数据。    

10.  自制鲁本斯火焰管在声学教学中的应用研究  
   杨景辉  张俊玲  苏海洋  朱一凡《物理通报》,2017年第36卷第11期
   为了直观地演示声波的有关实验现象, 实现声驻波的可视化, 制作了一个鲁本斯火焰管演示仪器用于实验教学, 并就声压和频率对火焰高度和位置的影响进行了分析和研究, 实验发现火焰形状与声波波形相对应, 并且呈现出高频动态变化的特征    

11.  自激振荡热声发动机的整机数值模拟研究  被引次数:1
   凌虹  罗二仓  戴巍  胡剑英《声学学报》,2006年第31卷第4期
   基于线性热声理论,以复频率作为迭代判据,给出具体的四端口网络模拟算法,对两台实际的热声发动机进行了整机数值模拟,并且结合实验结果进行了对比分析。计算结果证明它们的板叠和回热器分别处于驻波和行波为主要分量的声场中, 成为热声转换的核心。另外发现,频率误差不超过1%,相对振幅实验值约为计算值的70%,基本反映实验规律,同时解释了非线性影响是造成误差的主要原因。    

12.  液体材料超声处理过程中声场和流场的分布规律研究  
   吴文华  翟薇  胡海豹  魏炳波《物理学报》,2017年第66卷第19期
   针对合金熔体等液体材料的超声处理过程,选取水作为透明模型材料,采用数值模拟计算和示踪粒子实验方法,研究了20和490 kHz两种频率超声作用下水中的声场和流场分布.结果表明,增大变幅杆半径能够提高水中声压水平,扩大空化效应的发生区域.当超声频率为20 kHz时,水中声压最大值出现在超声变幅杆下端面处,且声压沿传播距离的增大而显著减小.如果超声频率增加至490 kHz,水中的声压级相比于20 kHz时明显提高,且声压沿着超声传播方向呈现出周期性振荡特征.两种频率超声作用下水中的流场呈现相似的分布特征,且平均流速均随着变幅杆半径增大表现出先升高后降低的趋势.变幅杆半径相同时,20 kHz频率超声作用下水中的平均流速高于490 kHz频率超声.采用示踪粒子图像测速技术实时观察和测定了水中的流速分布,发现其与计算结果基本一致.    

13.  二维平板间驻波声流的MRT-LBM数值研究  
   周天  李学敏  刘峰《计算物理》,2018年第1期
   采用多松弛时间格子玻尔兹曼方法(Multiple Relaxation Time Lattice Boltzmann Method,MRT-LBM)对二维平板间的驻波声流进行数值模拟,模拟结果与Rayleigh流近似解析解相符,研究黏度和板间宽度对驻波声流的影响,得到不同黏度下x=L/4截面无量纲水平速度分布和x=L/2截面无量纲竖直速度分布,板间宽度对边界层内声流区域厚度的影响及驻波声流的形成过程,结果表明MRT-LBM模型能有效模拟驻波声流效应.    

14.  套管井声场合成波形及其时频特征分析  被引次数:12
   胡文祥  钱梦騄《声学学报》,2002年第3期
   数值计算了点声源激励下套管井声场的声压波形。计算模型包括了实际中所有的三类岩石及两个界面的各种胶结情况,声源频率采用实际的测井频率。对合成波形进行了基于Wigner-Ville分布的时频分析。计算和分析结果说明,波列中的套管波、伪瑞利波在一、二界面不同的胶结情况下有明显的变化规律。二界面未胶结时,套管波模式的时频分布随管外水泥层厚度的变化而变化。它们与地层体波成分的特征可作为管外水泥胶结质量评价的重要依据;而中速地层时地层体波能量最强,有利于胶结质量评价。    

15.  声速测定实验的改进  
   龚德纯  朱雨村  李兰秀  唐新颖《物理实验》,1988年第1期
   用传统的孔脱管法测定声速的实验,在观察驻波的形成和特点方面,具有很好的直观性和趣味性,容易引起学生的兴趣,但测量的准确性差一些.近年来出现了利用传感器,通过测定驻波声压最大值的位置来测定波长的方法,从而提高实验准确性,并有助于认识驻波声压变化的规律,但实验的直观    

16.  谐振腔形式爆震管的冷态特性研究  
   王可  范玮  鲁唯  张启斌《工程热物理学报》,2014年第10期
   为研究谐振腔形式爆震管的冷态特性,基于模块化设计的谐振腔,开展了相关实验。采用模块化设计,可方便地实现谐振腔长度、供给位置和供给方向的调整。结果表明,供给频率改变时,谐振腔内的压力振荡亦随之变化,压力振幅在谐振频率附近达到最大。改变供给位置和进气方向不会对谐振频率造成实质性影响,但会使其轻微浮动;谐振频率随谐振腔长度线性变化。冷态实验为预估热态谐振频率奠定了基础,并为热声耦合的实现指明了方向。    

17.  热声发动机的优化计算设计  
   韦克  刘旭  陈宇《应用声学》,2008年第27卷第2期
   把改进的12-Bit格子气模型用于复杂边界的热声发动机的模拟研究,成功模拟了带共振腔的驻波管中热声振荡演化过程。对热声板叠的长度、热声板叠在共振管中的位置以及共振腔的几何大小对热声振荡振幅的影响进行了数值计算。计算结果显示,当共振腔与细管的宽度比为2.2,板叠位置相对于细管长为0.34时,驻波管中热声振荡振幅达到最大。共振腔尺寸的研究,对于热声发动机性能的的优化设计有指导意义。    

18.  A6磁控管谐振系统的计算与模拟分析  被引次数:5
   李天明  李家胤  于秀云  杨梓强  关涛  熊祥正《强激光与粒子束》,2002年第14卷第3期
    利用等效电路法和高频分析软件(HFSS)对A6相对论磁控管谐振系统进行了理论计算与模拟分析,着重考虑了相对论磁控管端帽的引入对谐振频率的影响。模拟和冷测均表明:相对论磁控管端帽的引入将对谐振频率造成一定影响,在端帽的某些尺寸下,同一模式将会分裂出两个谐振频率。这将加剧磁控管内部的模式竞争而不利于磁控管的工作。    

19.  微泡对高强度聚焦超声声压场影响的仿真研究*  被引次数:2
   喻波涛  常诗卉  曾苗苗  陶敏慧  菅喜岐《应用声学》,2016年第35卷第5期
   微泡对高强度聚焦超声(HIFU)治疗焦域具有增效作用,而HIFU治疗中不同声学条件下微泡对HIFU形成声压场的影响尚不清楚。本文基于气液混合声波传播方程、Keller气泡运动方程、时域有限差分(FDTD)法和龙格-库塔(RK)法数值仿真研究输入声压、激励频率、气泡初始空隙率和气泡初始半径对HIFU形成声压场的影响。研究结果表明,随着输入声压的增大,焦点处声压升高但焦点处最大声压与输入声压的比值减小,焦点位置几乎不变;随着激励频率和气泡初始半径的增大,焦点处声压升高且焦点位置向远离换能器方向移动;随着气泡初始空隙率的增大,焦点处声压降低且焦点位置向换能器方向移动。    

20.  管内气体声振荡特性的气-动格式模拟  
   张晓青  冯和英  彭叶辉  陈焕新《工程热物理学报》,2011年第3期
   本文对活塞驱动的谐振管中气体的非线性振荡,给出了考虑热、黏作用的气-动格式模型,并数值分析了气体振荡的演化过程和谐振时的激波特性。研究了频率对谐振荡行为、模式及压力波形的影响。并分析了压比随频率的变化关系。计算结果与早期文献研究的实验及计算结果具有好的一致性。模拟结果显示了气-动格式在谐振管内非线性气体振荡模拟中的数值能力及在热声制冷中的应用前景。    

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