声诱导电磁场的赫兹矢量表示与多极声电测井模拟

在假设声场不受电磁场影响的前提下，将Pride声电耦合方程组化为具有电流源的麦克斯韦方程组.与空间位置固定的电流源产生的电磁场不同，孔隙地层中声波诱导的电磁场是由空间波动的电流源产生的.通过引入赫兹矢量，将求解麦克斯韦方程组问题转化为求解关于赫兹矢量的非齐次矢量赫姆霍兹方程组.通过求解该方程组，得出电磁场表达式.利用此方法，针对声电效应测井，分别计算了由单极声源、偶极声源、四极声源激发的井内声场及其诱导电磁场的全波波形. 关键词： 孔隙介质 诱导电磁场 测井 多极声源     

深海近距离声场频率-距离干涉结构反演海底声学参数

地声反演一般存在多解性的问题,不易有效分离沉积层声速与厚度,本文提出了一种当声源与接收水听器分别位于海面与海底附近时匹配声场干涉周期反演深海沉积层声速与厚度的方法。该声场周期结构由直达波与海底沉积层反射回波干涉形成,其干涉周期受沉积层声速和厚度影响,通过匹配实测与理论计算的声场干涉周期可有效反演沉积层声速和厚度。开展了深海实验验证,利用水听器接收到的近距离船舶噪声的声场干涉条纹,反演得到的实验海域海底沉积层声速与该海域海底表层采样平均值差小于20 m/s。数值仿真与实验结果表明该方法可以有效反演沉积层的声速与厚度。      

深海海底反射区声场的相干结构及其有源声呐估距

有源声呐在探测深海海底反射区的目标时,由于声线大掠射角弯曲且声速沿声线传播路径不断变化,造成了常规估距方法产生较大的误差。有效声速法是减小常规估距方法误差的有效途径,但由于需要预先计算空间每一位置点的"声线时延有效声速"对,复杂度高,实时性差。针对有效声速法的实时性问题,本文基于深海海底反射区声场的相干结构,提出一种改进的有效声速估距方法.首先指出深海声场能量沿声源出射角强弱相间变化及其引起的海底反射区离散声呐可探测区现象,并利用深海近水面声源的声线干涉效应解释了该现象的物理机理,建立了声呐可探测区与高能量声线的量化关系。在此基础上,计算声呐可探测区边界位置的"声线时延-有效声速"对,并线性拟合出可探测区所有位置点对应的值。经仿真验证,该方法与传统的有效声速法均可实现对常规估距方法估距误差的有效校正。虽然该方法估距精度较传统的有效声速法略有增大,但计算复杂度和计算时间显著减小,实时性好,具有良好的工程应用前景。      

次声测量在物理实验教学中的应用

在大学物理实验中,关于声的实验较少,比较常见的实验是利用超声波的波动特性来测量声速,而对次声声源以及声场分布情况的研究少见.我们设计的"分立推挽气流激励式"次声发生器可作次声声源及相关声场测量的实验,能让学生了解次声波的特点、调制式气流次声发生器的换能机理和基本的声场测量方法.使用MATLAB对所测数据进行分析和处理,运用COMSOL对声场进行数值仿真,能让学生了解声场的分布和声源的指向性.从而拓宽学生的知识面、提高学生的实验能力以及数据处理和分析能力.     

非自由声场中目标声场还原与重建的等效源方法

为消除在非自由声场中重建声场时干扰声源对重建效果的影响,提出一种采用单个测量面上的声压和质点振速作为输入、等效源法作为分离和重建算法的非自由声场中目标声场还原与重建方法。该方法首先利用单面声压-质点振速测量和基于等效源法的声场分离技术将测量的混合声场分离为来自目标声源的向外传播的声场和来自干扰声源的向内传播的声场,然后利用向内传播的声场和目标声源的边界条件计算出干扰声在目标声源表面产生的散射声场,并将其从向外传播的声场中去除,还原出目标声源在自由声场条件下的辐射声场,最后利用还原的声场实现目标声场重建。通过数值仿真和实验检验了该方法的有效性和必要性。仿真和实验的结果表明,该方法可以在非自由声场的测量条件下,有效地去除干扰声的影响,实现目标声场的准确重建。      

倾斜地层下的井孔声场分析及声速校正图版制作

理解声波在倾斜井孔下的传播规律,对于准确获得目的层真速度有着至关重要的作用。通过有限差分和几何声学分析方法对比了倾斜地层下纵横波首波速度的变化规律,旨在建立倾斜地层下的声速校正图版。研究结果表明,当倾斜地层速度"上低下高"时,从全波中得到的声波速度不再是地层的真实速度,均大于目的层真速度。尤其是当地层界面倾角大于45°时,即便是源距超过了4 m,仍对首波速度有影响,必须对其校正。相反,当倾斜地层速度"上高下低"时,任何源距和地层倾角下的视速度值都接近目的层真速度,可以不予校正。根据以上分析,建立了倾斜地层下的声速校正图版,并指出下层速度的变化对于校正图版有着较大影响,源距的变化对于图版影响很小,在不同源距下可以使用同一个图版。      

含气孔裂隙地层的声波测井响应特征

本文以径向分层的孔、裂隙地层多极子井孔声场理论为基础,利用孔、裂隙介质弹性波动统一理论,数值模拟了井壁上有侵入时,单极和偶极声源激发的井孔声场随原状地层含气饱和度变化的特征和规律。结果表明：当原状地层裂隙发育时,相较于饱含水,饱含气时纵波幅度衰减严重,横波波至提前,波幅增大,斯通利波幅度变化不明显,低频时弯曲波到时提前,幅度增大;当原状地层裂隙不发育时,单极子、偶极子波形都对流体性质没有明显响应。可见,原状地层中裂隙的存在加剧了含气对纵波、横波的幅度以及到时的影响,而侵入带的存在使得斯通利波和高频弯曲波对原状地层流体性质变化不敏感。数值计算结果为利用声波响应特征识别致密气层提供了参考。     

分层砂底对浅海信道声传播影响的研究

推导有指向性脉冲声源在海底是分层结构的浅海中声场的积分表达式;分别仿真了爆炸声源和指向性脉冲源在浅海信道中传播的信号波形,其中假设了海底的沉积层和基底分别由水浸泡的砂和固态介质构成,砂底的参数数值用孔隙介质理论和实测相结合的方法进行选择;此外,在用砂和玻璃珠分别模拟砂层海底的水池内,观测了指向性脉冲源在不同接收点的信号的波形;结果表明:仿真波形的包络得到实验的印证。从而证明本文建立的指向性脉冲源在具有砂层海底的浅海中声场模型是可行的,可用于预报海洋环境参数对接收波形的影响,为水下通信、声呐信号设计与处理提供参考信息。     

封闭空间声场重构的多层等效源法

对于封闭空间内的多途反射声,传统的等效声源法将其等效为距离边界一定距离的单层等效声源体进行声场重构,然而等效源与边界的距离选取依据不确定。因此,为获得等效声源配置的最优距离,在等效声源法(ESM)的基础上构建多层等效声源,提出一种适用于封闭环境声场重构的多层等效声源法(MESM),并依据等效声源的空间分布的稀疏性来获得等效声源强度信息。首先给出多层等效源法的理论依据,其次通过数值计算以及实验测试两种方式对比验证了所提方法。数值结果表明:MESM相比于ESM可在600 Hz以上频段获得低5~10 dB左右的重构误差,但是200 Hz以下的低频重构误差会增加5 dB左右。实验结果表明:MESM可比ESM获得更低的重构误差。文章最后基于数值计算研究了所提方法的主要影响因素。研究表明:虽然MESM会比ESM耗费2倍的计算时间,但在整体频率范围内,MESM可在ESM基础上提升600 Hz以上的重构性能。另外,等效声源的层数和层内数目的改变不会影响声场重构性能,而当传声器数目较多、阵列位置随机、空间边界的吸声系数不是很大时,MESM可获得比ESM更低重构误差,特别是600 Hz以上的中频段区间。      

倾斜地层下的井孔声场分析及声速校正图版制作

理解声波在倾斜井孔下的传播规律,对于准确获得目的层真速度有着至关重要的作用。通过有限差分和几何声学分析方法对比了倾斜地层下纵横波首波速度的变化规律,旨在建立倾斜地层下的声速校正图版。研究结果表明,当倾斜地层速度"上低下高"时,从全波中得到的声波速度不再是地层的真实速度,均大于目的层真速度。尤其是当地层界面倾角大于45°时,即便是源距超过了4 m,仍对首波速度有影响,必须对其校正。相反,当倾斜地层速度"上高下低"时,任何源距和地层倾角下的视速度值都接近目的层真速度,可以不予校正。根据以上分析,建立了倾斜地层下的声速校正图版,并指出下层速度的变化对于校正图版有着较大影响,源距的变化对于图版影响很小,在不同源距下可以使用同一个图版。     

Rigorous solution of a problem for a cylindrical cavity containing a ferrite and a dielectric

A rigorous solution is given for modes of TM_nmo type. The complex resonant frequency _n is expressed via a transcendental characteristic equation. Some particular cases are discussed.Read at the Third All-Union Conference on Ferrites, Leningrad, 23 October 1963.     

Towards a predictive scenario of a burning accident in a mining passage

To reveal the inner mechanisms of a combustion accident in a coalmine, the key stages and characteristics of premixed flame front evolution such as the flame shapes, propagation speeds, acceleration rates, run-up distances and flame-generated velocity profiles are scrutinised. The theories of globally spherical, expanding flames and of finger-flame acceleration are combined into a general analytical formulation. Two-dimensional and cylindrical mining passages are studied, with noticeably stronger acceleration found in the cylindrical geometry. The entire acceleration scenario may promote the total burning rate by up to two orders of magnitude, to a near-sonic value. Starting with gaseous combustion, the analysis is subsequently extended to gaseous-dusty environments. Specifically, combustible dust (e.g. coal), inert dust (e.g. sand), and their combination are considered, and the influence of the size and concentration of the dust particles is quantified. In particular, small particles influence flame propagation more than large ones, and flame acceleration increases with the concentration of a combustible dust, until the concentration attains a certain limit.     

Formation of a bistructure of a solid in a computer experiment

Molecular-dynamics was used to investigate the structural changes occurring in a three-dimensional solid when the solid is transferred from an amorphous into a crystalline state. Crystal cells of a new type — pentadecahedrons with five square lateral faces and ten regular triangular faces at the vertices of a cell — were found for the first time in a computer experiment. It is shown that a bistructure consisting of crystal cells of different types, including cells with five-fold symmetry axes, are stable in the solid. Fiz. Tverd. Tela (St. Petersburg) 40, 1919–1924 (October 1998)     

Growth of a nonuniform ripple on a Gaussian beam in a plasma

In the present paper we have investigated the growth of a radially symmetrical ripple, superimposed on a Gaussian beam propagating in a plasma. The effect of the position and the width of the ripple on its growth has been studied in some detail. The present analysis considers two mechanisms for the redistribution of carriers in the plasma and the effect of redistribution on the growth of the ripple; the two mechanisms are nonuniform collision dominated heating of the carriers and the ponderomotive force arising on account of nonuniform intensity distribution. Work supported by NSF (USA) and CSIR (India).     

Surface polaritons in a dielectric at a boundary with a metal in a static electric field

The existence of surface polaritons in a dielectric at a boundary with an ideal metal or superconductor in a static electric field is predicted. The frequency regions in which polaritons exist are substantially different for opposite orientations of the electric field, so that a change in the direction of the field signifies “switching on” or “switching off” of surface polaritons with a fixed frequency. Pis'ma Zh. éksp. Teor. Fiz. 68, No. 12, 876–880 (25 December 1998)