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．     

声激波降噪研究

本文数值研究了声激波产生的条件及其降噪效果,详细讨论了声源强度,频率,管道形状,喉部流动马赫数及多频声源对声激波降噪效果的影响。由于声激波降噪需要附加一段具有高速流动的缩放管道,它会附加流动噪声和压力损失,本文提供了这方面的一组实验数据,以说明应用声激波消声器的现实可能性。     

有限长号筒中非线性声传播的数值模拟研究

研究了大振幅活塞声源经有限长号筒向外辐射声波的非线性声学问题。采用具有频散保持特性的高精度计算格式求解了适用于变截面管道的一维非线性声场模型,并考虑到声波的非线性畸变及管口处的声反射,加入了宽频时域声阻抗边界条件。宽频阻抗模型的共轭复数系数采用优化拟合方法近似求解,并采用递推卷积算法快速求解出时域声阻抗。在弱非线性条件下模拟指数形号筒中的声传播取得了与已有实验相一致的结果,表明模型能够描述声波非线性畸变带来的宽频特性。进而采用本模型数值模拟了大振幅活塞声源在双曲形、锥形、指数形和正弦形号筒中的非线性声传播问题,结果表明号筒出口声压级受活塞振动速度、频率以及号筒形状的影响,并分析讨论了波形畸变与号筒几何形状之间的关系。     

有限长号筒中非线性声传播的数值模拟研究

研究了大振幅活塞声源经有限长号筒向外辐射声波的非线性声学问题。采用具有频散保持特性的高精度计算格式求解了适用于变截面管道的一维非线性声场模型,并考虑到声波的非线性畸变及管口处的声反射,加入了宽频时域声阻抗边界条件。宽频阻抗模型的共轭复数系数采用优化拟合方法近似求解,并采用递推卷积算法快速求解出时域声阻抗。在弱非线性条件下模拟指数形号筒中的声传播取得了与已有实验相一致的结果,表明模型能够描述声波非线性畸变带来的宽频特性。进而采用本模型数值模拟了大振幅活塞声源在双曲形、锥形、指数形和正弦形号筒中的非线性声传播问题,结果表明号筒出口声压级受活塞振动速度、频率以及号筒形状的影响,并分析讨论了波形畸变与号筒几何形状之间的关系。      

激发圆形管道内多阶声模态的扬声器阵列控制方法

声模态发生器是通过控制扬声器阵列在管道内激发声模态波的一种装置。为了解决在管道内同时激发多个声模态的问题,研究了激发圆形管道内多阶声模态的扬声器阵列控制方法。采用轴向多圈布置的声源阵列,并调节各个声源的幅值和相位,实现同时激发包括径向声模态在内的多个声模态。同时考虑声源的周向位置和轴向位置信息,建立各个声源与多个目标模态系数之间的线性关系,运用最小二乘法求解得到激发目标多模态所需各个声源的复强度（包括幅值和相位）,所研制的高阶模态发生器以计算的声源复强度为输入量,采用数字信号系统控制扬声器输出的幅值和相位,用于实现管道内声源激发,该模态激发过程无需针对特定模态优化声源的位置。实验结果表明,所研制的模态发生器可精确激发单个或多个声模态,且目标模态系数信噪比几乎都大于10 dB。      

流动管道内利用旁通管反声降噪非线性问题的数值模拟

具有流动的管道内的降噪工作是很有用的工程实际问题,当噪声源很强时就成为非线性问题。本文提出了一种非线性方法,可用来数值计算有流动时分通管对强噪声源的降噪影响。难点是建立并求解了连接点处的流动关系。数值算例表明,这种方法对线性和非线性情况下有流动的管道内利用旁通管的反声降噪问题都可适用。     

等价分布源方法新发展

本文以广义Lighthill方程和广义Green函数为基础给出任意截面管道声传播计算模型,同时应用等价分布源方法建立了包含声衬影响的声传播模型,该方法避开了复杂的管道特征值计算,并在此基础上以积分变换发展了等价分布源方法,免去了声源及观察点匹配时产生的奇异性,使该方法大大简化,易于工程实际计算.此外,本文还给出了特殊截面管的算例.     

一种基于声相似律的旋转流体机械噪声声源分离方法

针对管道系统中的流体机械发声问题,提出了一种声源函数与声响应函数的频谱分离方法。该方法以声相似律为基础,分别采用最小均方值多重线性回归方法和高斯滤波获得声源函数和声响应函数。通过算例验证了该方法的有效性,辨识得到的声源函数和声响应函数的相对误差均远小于现有方法。利用该方法分析了自由空间和带管道两种安装条件下轴流风扇的辐射噪声,辨识得到了相应的声源函数、声响应函数和叶尖速度律指数,并对风扇的主要噪声成分进行了分析。      

管道声传播数值计算与实验结果比较

本文对管道声传播数值计算提出了一组判据,用来衡量数值计算的可靠性;对于具有壁面声阻抗间断的声传播问题,提出了一种处理方法,可保证数值计算的准确性。本文还给出了一组硬壁-软壁-硬壁二维管道声传播数值计算结果与实测结果比较曲线及几个算例,说明本文采用的数值计算模型是合适的,提出的判据及间断点处理方法是成功的。     

近场反卷积聚焦波束形成声图测量

为了提高声图测量中对多个声源的分辨能力和定位精度,给出了一种近场二维反卷积聚焦波束形成声图测量方法。推导了水下声图测量的广义卷积模型,根据声图测量中点传播函数移变但可预测的特点,通过预存点传播函数字典的方式,将波束形成过程中的卷积问题转化成叠加积分问题,并应用二维Richardson-Lucy迭代算法实现了二维移变模型情况下的近场二维反卷积求解,从而实现高分辨声图测量。通过仿真和海试对比了反卷积、常规声图测量和MVDR声图测量的性能,结果表明反卷积算法在500次迭代情况下聚焦峰尺度小于另外两种算法的1/2,旁瓣级下降超过6 dB.      

非线性内波存在下的浅海远程混响模型

研究了浅海非线性内波对远程混响场的影响。通过分析非线性内波活动引起声源到海底散射元以及散射元到接收点之间的声传播变化,给出了非线性内波引起远程混响强度变化的表示,建立了非线性内波存在下的浅海远程混响模型,数值计算了非线性内波运动引起远程混响强度的变化。理论和数值计算表明,非线性内波的活动能够引起远程混响强度的变化,在某些情况下会导致远程混响强度增强。通过讨论非线性内波引声简正波的耦合效应,给出了其引起远程混响强度增强的原因。      

环形稀疏声源阵列声涡旋的优化与操控

提出和优化了环形稀疏声源阵列涡旋声场的形成方法,进行了涡旋声压,相位和振动速度的理论推导和特性分析。通过改变声源数、声源频率和观测距离等参数,对声涡旋场的模拟结果证明,声涡旋半径主要由信号波长决定,声源频率越高,声涡旋半径越小,能量越集中;涡旋声压随着声源数的增加而线性提高,随着传播距离的增加而减小;声涡旋环形相位分布的线性度随着声源数、声源波长和传播距离的增加而提高。建立了3/4/6/8声源实验系统,径向声压和相位分布以及环形相位分布的测量结果和模拟结果具有较好的一致性,同时悬吊泡沫盘的旋转证明了声涡旋角动量的传输。本研究中声涡旋场的特性分析和参数优化为粒子操控及其在生物医学中的应用提供了依据。      

冬季冲绳海域地形及黑潮对声传播的影响

冲绳海域地形复杂且冬季存在较强的黑潮海洋锋,利用数值实验研究斜坡地形和海洋锋同时存在时由浅海至深海的声传播特性。海洋模式数值预报环境数据表明,分布于冲绳海槽斜坡上方的海洋锋导致该海域上层水体声速存在水平变化,纬度越高,水平变化越大。利用抛物方程声场模型计算声传播损失,通过简正模态分析存在表面声道的环境中声能量分布,利用声线轨迹图解释海底斜坡和海洋锋对声传播的影响。结果表明:声源频率低于表面声道截止频率时,声传播主要受海底地形影响;声源频率高于表面声道截止频率时,位于表面声道内的声源激发的声能量主要在表面声道传播,部分声能量从表面声道泄漏沿斜坡向深海传播,位于表面声道深度以下的声源激发的声能量主要沿斜坡向深海传播,斜坡地形导致表面声道下方至共轭深度这一深度范围呈现为声影区,海洋锋的存在可导致表面声道传播损失变化明显,影响程度与声源深度有关。     

陆架斜坡海域上坡波导环境中声能量急剧下降现象及其定量分析

深度较浅的声源其辐射声波在陆架斜坡海域上坡传播时,在斜坡顶端会出现声能量急剧下降现象.利用射线声学模型分析了造成这一现象的原因,并根据抛物方程声场模型计算的深海和浅海平均传播损失定义了"声能量急剧下降距离",定量分析了声源位置对该现象的影响.结果表明:声源深度对"声能量急剧下降距离"影响较大,而声源与斜坡底端水平距离对其影响较小;当声源深度变大时,部分掠射角较小的声线最终能够达到斜坡顶端,致使"声能量急剧下降距离"增大,继续增加声源深度,将导致上坡声能量急剧下降现象消失.利用抛物方程声场模型对陆架斜坡海域上坡声传播进行数值仿真,结合"声能量急剧下降距离"的定义,计算并比较了声源位置不同时该距离的变化,数值计算结果验证了理论分析.     

软壁管道入口具有周向模声源的三维声传播数值分析

本文实现了管道入口具有周向、径向模声压分布的软-软壁、软-硬壁圆管内三维声传播数值计算,提供了数值计算方法及算例,并讨论了周向、径向模对计算结果的影响。     

一种地声参数的联合反演方法

根据地声参数对不同声场物理量影响不同,提出了一种利用简正波频散特征结合声传播损失反演地声参数的联合反演方法。首先,考虑到简正波的频散特性(群速度)对海底的密度和声速较为敏感,而对海底吸收系数不敏感,利用自适应时频分析方法,获得不同频率不同号数简正波的到达时间差,以此作为代价函数,采用全局优化算法,反演出海底密度和海底声速的分层结构,并用概率统计的方法评价反演结果的有效性。反演出海底密度和声速后,利用实验船辐射噪声得到随距离连续的声传播损失来反演出海底吸收系数。最后,把反演的参数很好的用于声源匹配定位验证了反演结果的有效性。      

运动声源快速定位的声达时差法

针对声达时差法只能用于非运动声源定位的问题,本文提出一种运动声源快速定位方法。该方法以声达时差为基本定位原理,基于声源计算位置对多普勒效应进行解耦并进行声信号多普勒效应修正,根据三角定位方法构建声传播空间矩阵,以声源位置偏差度为目标基于单纯形优化搜索算法进行声源位置快速逼近,实现了对匀速直线运动的单声源的定位追踪,提高定位实时性。该方法将声达时差法拓展到运动声源的定位,同时解决了消除多普勒效应带来的计算过程复杂、运算量大的问题,仅用4个传声器就可实现运动声源的快速定位,突破了传统运动声源识别中对大传声器阵列的依赖。仿真实验和实车运动声源识别实验结果证明了该方法的有效性,本研究为短时发声运动声源的识别提供了一种简便、高效的方法。      

中强震的前兆地声

本文报道了滦县五级震前卢龙台站和昌黎台站的震前地声记录。从地声源的强度出发,作者对地声传播的可能距离作了初步分析。分析表明,地声一般不是来自震源,而是来自观测站附近的地下。从而说明彼此相距较远的观测站,其接收信号序列是不相关的。但由于震源体与震级成正比的关系,对于较大地震,我们仍可能在较大范围内和较早的时候收到前兆信息。     

三通管路管壁声传递损失测试方法

针对汽车进气系统三通管路的特点,提出了多通管路的管壁传递损失测试方法。并以某车型的双涡轮增压发动机进气三通管道为例,采用该方法评价其用塑料代替铝后的声学性能,主要以声传递损失来评价涡轮增压器噪声通过三通连接管路管壁的辐射和透射特性。测试过程中,三通管道的两个连接涡轮增压器端口分别用声源两次发声,靠近进气歧管端口采用两种不同反射末端,然后在每段管路布置两个压力场扬声器进行测试,并基于平面波分离入射波和反射波,同时在三通管道外用声功率半球面十点分布法自由场扬声器测试,经过3次测量来计算管道管壁的声传递损失。由于声传递损失是管道本身特性决定,所以该测试方法能够准确找出塑料件和金属件在不同频率的声学特性差异。而后,在声传递损失测试结果的基础上,结合近场声全息方法和波束形成原理进行声源识别,可知该三通管路材质改为塑料后主要噪声来自焊缝薄弱处的中高频透射声和管壁结构的低频辐射声。     

双面声阵列波束形成的正则化改进算法

双面声阵列波束形成能够区分识别位于不同扫描平面的相干声源,然而该算法在低信噪比条件下识别精度较低。针对此问题提出一种迭代正则化改进算法,通过迭代方法更新正则化矩阵与波束形成输出,在不断提升正则化稳定性、抑制干扰旁瓣的基础上使声学云图主瓣向实际相干声源点处聚焦。数值仿真与实验算例结果显示,改进算法在中高频代表频率下能够正确区分相干声源前后方位,并具有相对原算法更高的识别精度。从而表明:从反问题正则化角度对原算法进行优化改进是理论可行的;正则化矩阵的具体形式与广义逆波束形成输出的空间分辨率紧密相关,且可通过迭代方法将二者整合以提高声源识别精度。