谐振管形状对热声发动机内非线性声场的影响

研究了谐振管一端受活塞声源激励,另一端刚性封闭条件下,管道形状对热声发动机谐振管内部非线性声场的影响。基于流体力学基本方程建立了渐变截面谐振管内一维非线性声场的模型,考虑了黏性耗散及非线性效应的影响。利用伽辽金法数值求解了该模型的速度势方程,分析了谐振管形状、活塞振动速度及激励频率对管内声场的影响。将双曲形、指数形、锥形、正弦形等四种变截面谐振管内的非线性声场与圆柱形直管的情况进行了比较。结果反映了谐振管内声场的压力波动受活塞振动速度及谐振管形状的影响;显示了当活塞振动幅度较大时,谐振管内出现的波形畸变、频率曲线偏移、共振频率滞后等非线性现象;揭示了变截面谐振管在抑制管内的高阶谐波及提高压比等方面的优越性。      

二维矩形波导管内和频差频声场的非线性传播

本文采用声场部分波理论和二阶微扰方法，在二维矩形波导管内，讨论了两个具有不同频率的基波模式相互作用产生的和频差频声场的非线性传播问题。当两个模式的相速相等时，和频差频声场才具有非线性性质；和频差频声场的对称性取决于两个基波模式的对称性。由二阶非线性波的初始激发条件，本文还得到了和频差频声场的解析表达式。     

充水阻抗管中测量材料声学性能的校准方法研究

提出了一种在充水阻抗管中,应用传递函数测量材料声学性能的三参数校准方法。在双传感器传递函数法的基础上,考虑充水阻抗管中水听器间不一致性和管内结构对声场局部扰动等因素的校准,导出了三个综合的无量纲校准参数。通过改变充水阻抗管中测量面的三个已知反射系数,测量出对应的三个传递函数,可以求出这三个校准参数。在充水阻抗管中分别对水/空气界面和一种水声材料进行了测量试验,应用该方法对测量结果的进行了校准,并对校准前后的结果进行了分析比较。      

水中弹性结构声散射和声辐射机理——结构和水的声-振耦合作用

从三个方面综述水中弹性结构声散射和声辐射的机理,特别强调声-振耦合或流体负荷作用。首先从阻抗的角度讨论声-振耦合作用。对于典型问题散射和辐射声场可以用阻抗的形式表示,系统的总阻抗等于机械阻抗和辐射声阻抗之和。表面振速只依赖于总阻抗,而声辐射依赖于辐射声阻抗与总阻抗之比。总阻抗等于零给出系统的特征方程,方程的根就是声场函数的极点。其次应用共振散射和辐射理论讨论声-振耦合作用。此理论将声场表示成各种共振再辐射模态的叠加,从振动的角度揭示声-振耦合机理。已经证明,模态的再辐射效率近似正比于复频率极点的虚部。第三,应用基于Sommerfeld-Watson变换的表面弹性波理论讨论声-振耦合作用。此理论将声场表示成各种表面弹性波-环绕波的再辐射的叠加,从波动的角度揭示声-振耦合机理。也可以证明,环绕波的再辐射效率近似正比于复波数极点的虚部。     

充水有限长圆柱薄壳声散射:Ⅰ.理论

研究水中充水有限长圆柱薄壳的声散射。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了有限长圆柱薄壳倾斜入射时散射声场的解析解,内部充水的作用反映在系统总阻抗中增加了内部流体阻抗。数值计算表明,在反向散射声场中,刚性散射部分仅在正横附近有比较大的贡献,而斜入射时起主要作用的是弹性散射部分。散射波相速度频散曲线的计算表明,与内部真空的情况相比内部充水后除正横附近的纵波和剪切波以外,增加了一组内部流体引起的附加波,其对散射声场贡献非常重要。在计算的频率-角度谱图中,内部流体附加波呈现"碗"形共振曲线。      

薄壁球形导流罩对矢量水听器接收性能的影响

在实际使用时,为了减小流噪声对矢量水听器的影响,将其放置在流线型较好的导流罩内,因此对导流罩内矢量声场的计算是非常必要的。以水下弹性球壳为研究对象,从理论上研究了弹性薄球壳声透射对矢量水听器声场测量的影响;推导了平面声波对弹性球壳声透射的矢量声场数学表达式,计算了不同壳体参数下内充水弹性球壳的声透射矢量声场对矢量水听器各通道声波接收响应幅值和相位以及各通道接收指向性的影响。理论分析表明,弹性薄球壳透射声场对矢量水听器接收声场的影响与壳体机械阻抗和水听器安装位置密切相关,水听器安装偏差对其声场测量影响比较大。     

非对称阻抗插入管消声器的Chebyshev-变分法建模与求解

针对非对称阻抗插入管消声器三维理论建模与求解问题,提出了一种半解析变分建模和求解方法,试验及有限元结果验证了理论模型和求解结果的正确性,开展了模态频率、声压响应及传递损失等声场特性的预测分析。首先构建插入管消声器内部子声场拉格朗日泛函,基于声压与质点振速连续性条件,得到插入管消声器三维理论模型。随后,将子声场声压展开为切比雪夫-傅里叶级数组合形式,按里兹法求得消声器三维声场模态信息。搭建了消声器传递损失试验平台,进行了刚性壁面和阻抗壁面消声器传递损失测试试验,对理论模型和计算结果进行了验证。通过算例分析了壁面阻抗的大小、阻抗面积和分布形式以及插入管偏置对消声器消声性能的影响。结果表明,提出的变分建模求解方法是有效的,对消声器壁面阻抗位置和形式的合理设置可有效降低输出声压。      

二维矩形波导管中的非线性声传播

本文采用部分波和二阶微扰理论对二维矩形波导管内声波的非线性传播问题进行了研究。由二次谐波的边界条件和初始条件，可得到物理图象清晰、便于计算的二次谐波声场解析式。结果表明，不同基波传播模式间的相互作用不存在二阶非线性，管内任意振幅分布的稳态激发源产生的二次谐波为各个模式二次谐波之和，且二次谐波声场分布具有对称性。     

锥型热声谐振管内非线性声场的数值模拟研究

从声学角度出发,考虑粘性耗散、非线性效应及管型结构变化的影响,利用伽辽金法,对锥型热声谐振管内的一维声场进行了数值模拟研究,对谐振管结构参数对声场的影响进行了分析,给出了锥型管内压比随谐振管结构参数变化的规律,通过与圆柱型直管的比较,揭示了锥型管在抑制谐波及提高压比等方面的优越性。     

渐变截面热声波导管内的声流影响因素分析

通过理论分析和数值仿真,对渐变截面热声波导管内声流各影响因素进行了具体的分析,并给出了不同情形下波导管内的声流速度分布特性曲线。研究表明,热物理参数对渐变截面导致的声流变化无影响,针对具体的声场设计合适的截面变化形式可以使得管内声流在整体上得到一定程度的抑制或加强。此外,当波导管截面尺度与热穿透深度同数量级时,轴向时均温度分布对声流的影响十分显著。当不存在非零时均温度梯度时,热传导效应对声流的影响在管截面尺度为黏性穿透深度约10至20倍量级时最大。      

小阻尼界面房间声传输函数和声脉冲响应函数的有限元素法

有限元法可用于以声波动方程为基础通过数值计算求解室内声场,适用于分析界面阻抗非均匀分布和复杂形状房间内声场的低频特性。本文首先介绍了小阻尼界面条件下室内声场简正方式、声衰变系数、混响时间的ＦＥＭ计算方法。在此基础上导出了房间内两点之间声传输函数和声脉冲响应函数的ＦＥＭ计算模型,并以矩形房间为例详细讨论了有关细节。本文所讨论的计算模型可以映房间内不同的声源点,接收点位置上的声压频谱特性和脉冲响应的时     

用基于声类比的边界元计算管道风扇的管道声传播和辐射

本文介绍了用基于声类比的边界元计算管道风扇声场的新方法,将已被成功地应用于物体对外声场的散射计算方法推广应用到管道风扇的管内声传播和管口声辐射问题。数值结果表明了模型和方法的正确性及其可以作为管道声处理降噪敏果预测的工具。     

次级源近场和管壁弹性对充液管路有源消声性能的影响EI北大核心CSCD

建立了含次级源结构的充液直管有源消声系统数值模型,重点分析了声激励下次级源近场和管壁弹性对有源消声性能的影响。结果表明:次级源近场为非均匀声场,误差点位于该区域时部分频点控制效果较差甚至放大,而处于声场均匀区域时可使降噪量提高10 dB以上,增加误差点数量可使绝大多数频点的降噪量提高5 dB以上;管壁弹性使次级源与管壁间的耦合较强,非对称分布的次级源容易激起管壁振动,导致降噪谷值的出现,采用对称分布的次级源可显著提升控制效果;增加次级源数量能够提高系统的有源无源复合控制效果,但使得管内声场变得复杂,多次级源模型的有源消声效果随频率升高而有所降低。     

直线电机驱动回热器性能研究

本文提出并搭建了一种采用直线电机驱动的回热器热声转换实验台,通过调节负载阻抗改变回热器处声场条件,研究回热器在不同声场下热声转换特性。文中首先对实验系统进行了数值模拟,结果表明,回热器存在最优的工作声场,但由于有限水力半径因素,最优声场会偏离行波相位。计算中系统获得了最大1300 W净输出声功,热声效率达到35%。之后进行的实验实现了回热器处声场的调节,验证了回热器的声功放大作用,并获得了与数值计算相同的趋势。     

指数型谐振管内非线性声场的模拟研究

采用气体动理学方法模拟研究五种不同驱动强度下,=0的圆直热声谐振管和=2 2的指数型热声谐振管内的非线性声场特征。研究发现:指数型管能抑制激波及声饱和现象,但管内会出现尖峰现象。尖峰处的压力波形发生了畸变;它们是非线性的能量传递与各种耗散的竞争过程中产生的不同形态的波特征;当活塞驱动位移幅值400μm时,指数型管内压力振幅增长速度明显下降。     

有限长导管声场预报的一种边界元方法

为了研究介质流动情况下有限长导管中点声源产生的声场,提出了一种以源势密度作为未知数的间接边界元方法.首先将整个求解空间划分为管内和管外两个相互独立的封闭域,然后利用压力和速度在开口处的连续条件和壁面边界条件将内外域的声场方程联立为一个矩阵方程,求解出源势密度后由源势密度计算出任意位置的声场.与Myers的基准数据比较表...     

流动管道内反声降噪数值研究

本文用流体力学方法建立了流动管道内反声降噪数值方法，其中，严格推导了反声源的数学模型．本文还给出了产逆流和声顺流传播时管内声场反声影响的数值算例，并讨论了流动速度、反声源强度和相位的影响．算例表明：反声降噪具有很好的工程应用前景．     

锥形管和指数形管内的声场研究

谐振管的形状会影响到驱动压比和谐振频率的变化。文中对变径管内的声场作了简单的理论分析,得出渐缩管具有增强压比的功能。分别对不同锥度的渐缩和渐扩锥形管、不同蜿蜒指数的渐缩和渐扩指数管内流场做了模拟,并与相同情况下的直管做了比较。可以看出,渐缩锥形管和指数管均能明显增强管内压比,同时降低谐振频率。     

管内声场计算的一种新的差分方法

本文提出一种新的计算管内声传播的差分方法。它采用MacCormack时间分裂显式格式,直接求解声压和声学速度的基本方程组,通过合适处理声学边界条件,成功地计算了三维矩形管内声场。文中还给出了全部计算格点的差分格式和稳定性条件。这种差分方法的特点是内存少,计算比较稳定,程序简单,调试方便。特别适合于三维声场计算。     

变温热源环路热声发动机系统的阻抗匹配

基于串联型环路三级热声发动机系统,使用SAGE软件从系统与外接负载阻抗匹配的角度进行了模拟计算。分析发现:变温条件下系统内部声场中声功、压力波动和体积流率会分层分布但变化趋势相同,同时阻抗的沿程分布几乎不受影响,结构相同的各级热声发动机可匹配的最佳外接负载阻抗分布区域相近。在此基础上,进一步确定3. 0E7 Pa·s/m~3@60°为各工况下外接负载的优选值。结果表明:当外接负载阻抗都设定为优选阻抗值时,整机系统在变温条件下可同时实现较高的声功输出、热声转换效率和相对卡诺效率。