相干声线跟踪理论中的周期界面迭代散射 仿真方法*

界面声反射模拟是室内复杂声学现象仿真的关键。针对传统声学仿真方法对于周期散射结构存在条件下声场仿真精度较低的问题,本文发展了一种基于迭代散射模型的室内相干声线跟踪法。此方法以经典的相干声线跟踪法为基础,将室内中常见的周期散射结构进行几何形状上的简化处理,然后依据周期散射定理给出声波在界面上的散射方向及能量,并将原始声线迭代分裂为相应的散射子声线,继续对其跟踪处理,此迭代散射模型对周期散射结构上的界面散射现象进行了准确的模拟。数值验证结果表明,本文方法可以有效地在低频段提高室内声场仿真精度,可为具有复杂散射现象的室内仿真提供新思路。     

旋涡声散射的空间尺度特性数值研究

旋涡对声波的散射问题是声波在复杂流场中传播的基本问题,在声源定位、声目标识别及探测、远场噪声预测等方面具有重要的学术研究价值和工程应用价值,如飞行器的尾涡识别、探测及测距,湍流剪切流中声目标预测,声学风洞试验中声学测量和声源定位等.声波穿过旋涡时会产生非线性散射现象,其物理机理主要与声波波长和旋涡半径的长度尺度比相关.本文采用高阶精度高分辨率线性紧致格式,通过求解二维非定常Euler方程,数值模拟了平面声波穿过静止等熵涡的物理问题.通过引入声散射截面法,分析了不同声波波长与旋涡半径的长度尺度比对声波脉动压强、声散射有效声压以及声散射能量的影响规律.研究表明:随着声波波长与旋涡半径的长度尺度比逐渐增加,旋涡流场对声场的影响逐渐减弱,声散射有效声压影响区域先逐渐增大随后逐渐减小,声散射能量最大值呈现4种不同的变化阶段.     

水下低频振荡涡流场声散射调制机理与特性研究

水下涡流场对声波的散射问题是声波在复杂流场中传播的基本问题,在水下目标探测和流场声成像领域具有重要意义.针对水下低频振荡涡流场声散射调制问题建立了理论分析模型与数值计算方法,探究了其声散射调制声场的产生机理与时空频特性.首先,基于运动介质的波动方程,通过引入势函数将波动方程分解为流声耦合项和非耦合项,并对流声耦合项进行频域分析处理,揭示了水下振荡涡流场的声散射调制机理;其次,采用间断伽辽金数值方法对水下低频振荡涡流场中声传播过程进行了数值模拟,分析了低马赫数条件下,不同入射声波频率、涡流场的振荡频率和涡核尺度对涡流场声散射调制声场时空频特性的影响规律,并结合理论分析模型对其特性进行了解释.研究表明:低马赫数下,振荡涡流场对声波的散射可产生包含涡流场振荡频率双边带调制谐波的散射调制声场,且随着入射声波频率、涡核尺度的增大,散射调制声场强度增强,总散射声场空间分布具有对称性和明显主瓣,且主瓣方位角趋近于入射波传播方向;在频率比远大于1条件下,涡流场振荡频率对散射调制声场强度影响较小.     

多重网格法在燃烧室内流场数值模拟中的应用

多重网格法在燃烧室内流场数值模拟中的应用林文漪，杨彬，周力行（清华大学工程力学系北京１０００８４）关键词：多重网格，数值模拟，湍流一、前言现代燃烧设备多具有复杂的流场结构、多级燃烧的特点及庞大的几何尺寸，无疑地为其数值模拟带来了困难。为了保证计算精度...     

激光等离子体的电子温度对Thomson散射离子声波双峰的影响

通过对不同激光条件产生的等离子体进行Thomson散射实验诊断，发现在距靶面为150 μm的临界密度面内，离子声波双峰强度出现明显的不对称性，而且强峰的位置发生了转移：当等离子体的电子温度较高时，强峰出现在短波方向；当等离子体电子温度较低时，强峰出现在长波方向.光的拉曼散射效应对应地解释了离子声波的双峰结构、双峰强度不对称性及强峰出现的位置.建立了光的拉曼散射与电子的Thomson散射的对应关系.     

一种简便的表达声波波动特性的演示方法

1引言 普通扬声器发出的声波不是强指向性的；当声源发出的直达声波到达接收传声器后，由房间内对应各个反射面向声源产生的声波也陆续到达，造成严重的干扰．由于室内反射面状况较复杂，对时域中具有一定持续时间的信号，其直达声与反射声完全混叠，无法将各个像声源所对应的声波一一辨别出，因此直接采用扬声器发出的窄带或单频信号作为波源的实验方法就无法应用于普通的课堂教学．     

二维声子晶体平板成像中的通道特征

利用多重散射理论分析了钢/水声子晶体平板成像过程.发现平板成像中的散射波会聚具有散射通道特征.对于确定的声源位置,不同入射角信号对应不同的通道;耦合进入通道的信号强度也不相同.小角度入射波能较强地耦合进入通道;大角度入射波在入射表面受到强烈散射,较弱地耦合进入通道.非理想成像情况下,不同入射角信号通过平板成像的位置不同,因而形成像差.声源位置改变,对应的通道亦随之改变.散射通道与声子晶体的各向异性能带结构和多重散射密切相关.     

旋涡声散射特性的尺度效应数值研究

以声波为主要表现形式的膨胀过程和以旋涡为主要表现形式的剪切过程之间的非线性耦合问题一直以来都是流体力学的研究热点.尤其是旋涡对声波的散射问题,具有重要的科学意义与工程应用背景.本文通过线性紧致格式直接数值求解二维欧拉方程,获得了平面声波穿过均熵Taylor涡的散射特性.与之前经典文献中的标准算例比较,结果极其吻合,直接验证了研究所采用的高精度高分辨率空间差分和时间推进格式以及远场无反射边界条件(缓冲区)的计算方法在时域同时解析动力学量和声学量(量级远远小于动力学量)的有效性.通过引入散射截面,将全区域的散射分为长波近似区、共振散射区和几何声学区.针对每个子区域,重点分析了无量纲尺度量旋涡强度和长度尺度比对散射声场的影响,给出了散射声场关于上述两个关键无量纲参数的尺度律关系,并且得到了极低马赫数极大波长时散射声场的分布函数.在此基础上给出了关于旋涡声散射物理机制的一种解释.     

非均匀等离子体中受激Raman散射非线性行为

鉴于实际中等离子体不均匀性和非周期性边界条件，建立了受激Ｒａｍａｎ散射（ＳＲＳ）和受激Ｂｒｉｌｌｏｕｒｉｎ散射（ＳＢＳ）非线性耦合模型。ＳＢＳ对ＳＲＳ的影响主要表现在两方面：１）Ｌａｎｇｍｕｉｒ波与离子声波的非线性相互作用，２）ＳＢＳ与ＳＲＳ的竞争。本文研究了离子声衰变不稳定性、离子声波对Ｌａｎｇｍｕｉｒ波的非共振散射两种非线性过程在ＳＲＳ发展过程中的作用，给出一维不均匀等离子体中ＳＲＳ发展图象。Ｌａｎｇｍｕｉｒ波向短波转换，从而被强烈阻尼是抑制ＳＲＳ的重要机制。文中给出了ＳＢＳ／ＳＲＳ耦合过程中决定ＳＲ 关键词：     

水下环形凹槽圆柱体散射声场空间指向性调控

本文提出一种具有深度梯度的环形凹槽结构,可用于调控水中有限长刚性圆柱体散射声场空间指向性.基于声学相位阵列理论分析了环形凹槽圆柱声散射空间指向性改变的机理,研究表明:凹槽深度方向相位延迟和凹槽间Bragg散射的相互作用使得平面声波垂直于圆柱方向入射其正横方向散射声波发生偏转.采用有限元方法讨论了凹槽结构参数如占空比、梯度等对圆柱散射声场空间分布特征的影响规律.多个不同深度梯度环形凹槽单元组合圆柱体散射声场数值计算和实验结果显示:具有环形凹槽结构圆柱体正横方向散射声波均匀偏转到预定的空间范围内,使得圆柱体声散射场空间指向性均衡化,改变了圆柱整体的散射特征,这为水下目标声隐身设计和声波定向传播提供了新的方法.