圆柱绕流气动声的偶极子及四极子源法定量研究

以亚临界三维圆柱绕流的气动噪声为对象,研究声类比理论中偶极子及四极子源模型在预测低Mach数流动气动声的可靠性及准确性。使用大涡模拟(LES)得到非定常流场,并依据声类比中的Curle等效偶极子面源和Lighthill四极子体源模型,提取相应的声源数据,经Fourier变换得到涡脱落频率处的声源信息,进而定量预测圆柱绕流的气动声。结果表明:Curle模型的结果与实验结果吻合良好,Lighthill体源模型预测的准确性依赖于声源区域截断,不恰当的声源截断将导致错误的声场预测。      

轴对称充分扩展喷注中的声源分布

本文根据流体力学的基本原理和Lighthill四极子源的理论,导出轴对称喷注中声源分布的有关公式。并且,对轴对称充分扩展喷注和共轴喷注分别进行了相应的数值计算。同时,根据数值计算的结果,估算了Lighthill八次方定律中的比例系数。理论讨论与相应的实验吻合极好。     

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.     

软地层随钻测井仪器偏心情况下低频四极子源 激发波场的数值分析*

为了探索测井仪器偏心对随钻低频四极子波场的影响,利用有限元法(多物理场耦合有限元软件包)对软地层井孔中随钻仪器偏心情况下低频四极子声源激发的波场进行了数值模拟。通过对随钻四极子测井波形的分析可知,当采用低频随钻四极子偏心声源激发时,测井波列中除传播速度与低速地层横波速度相当的地层四极子波模式外,还存在一个幅度非常低、传播速度略高于井孔流体中声速的模式波,该模式被对应钻铤弯曲波模式,且该模式波的幅度随着随钻四极子源偏离井孔中心距离的增大呈二次方规律增大,地层四极子模式波幅度呈三次方规律增加。     

风成噪声背景下垂直阵阵列信噪比随声源深度的变化规律

风成噪声是海洋中最广泛存在的环境噪声、是被动声纳处理性能的重要影响因素.它具有一个典型的物理性质是很大程度上只对应中高阶模态.阵列信噪比计入了阵列采样辐射声强、背景噪声功率和阵处理增益,是决定声纳阵列处理性能的关键物理量.本文研究了受风成噪声模态结构影响,典型夏季浅海环境中垂直阵阵列信噪比随声源深度的变化关系.在简正波模深函数采样完整的假设条件下,理论证明了阵列信噪比随声源深度的变化可近似为低阶模态幅度强度(模深函数模值的平方)随深度变化的线性叠加,且模态阶数越低,贡献越大;并且,在强风成噪声背景、显著负梯度环境下该变化规律可由1阶模态幅度强度随深度的变化近似独立表征.以上结果表明,在同一声源距离条件下,声源置于水体下半部分时的阵列信噪比比置于海面附近更大,并且在位于1阶模态峰值点所在深度附近时达到最大.典型负声速梯度浅海环境中的仿真实验结果对理论分析进行了验证,并表明在一定条件下阵列信噪比随声源深度的变化与声源距离近似无关.     

管道有源噪声控制中壁面分布次级声源的空间分布优化

为了改进管道中高阶模式声波的有源控制效果,研究了壁面分布次级声源的空间分布优化问题。首先提出管道中次级声源独立控制高阶模式声波的理论模型,然后推导次级声源在管道中各方向上空间分布对控制高阶模式声波的贡献,得到了次级声源空间分布的优化准则。通过将空间分布离散化,采用最小化管道中声能流的控制策略得到次级声源的最优驱动强度,最后通过数值仿真对比最优驱动强度时各种次级声源空间分布对控制性能的影响,验证了通过优化次级声源空间分布能显著提高控制效果。仿真结果表明,当次级声源分布于管道所有壁面且沿管道轴向分布范围较大时,高阶模式的控制效率最高。     

微扩张管道内幂律流体非定常电渗流动

研究了电渗驱动下幂律流体在有限长微扩张管道内非稳态流动特性.基于Ostwald-de Wael幂律模型,采用高精度紧致差分离散二维Poisson-Nernst-Planck方程及修正的Cauchy动量方程,数值模拟了初始及稳态时刻微扩张管道内幂律流体电渗流流场分布情况,研究了管道截面改变对幂律流体无量纲剪切应变率及无量纲表观黏度的影响,以及无量纲表观黏度对拟塑性流体与胀流型流体流速分布的影响.数值模拟结果显示,当扩张角和无量纲电动宽度一定时,电场驱动下的幂律流体在近壁区域速度响应都很快;初始时刻,近壁处表观黏度的变化受到剪切应变率变化的影响,从而影响了三种幂律流体速度峰值的分布,出现拟塑性流体流速在扩张段上游及扩张段近壁处速度峰值均为幂律流体中最大、而在扩张段下游三种幂律流体速度峰值相近的现象;稳态时刻,幂律流体速度剖面呈现塞型分布,且满足连续性条件下,幂律流体流速随扩张管半径增大而减小,牛顿流体流动规律与宏观尺度下流动规律相同;初始时刻,在相同电动宽度、不同壁面电势作用下,幂律流体在扩张管近壁处剪切应变率分布的差异导致表观黏度分布的差异,并最终导致拟塑性流体与胀流型流体流速分布的差异.     

管道噪声的自适应抵消及其计算机模拟

本文提出一种采用自适应抵消的管道噪声有源降噪系统，自适应滤波器为有限冲激响应的横向结构，系统中采用了辅助滤波器和补偿滤波器，它们保证了最小均方算法的正确收敛，消除了声反馈效应，计算机模拟证实了该系统的可行性，通过对具有不同物理参数的管道的计算机模拟，得到了这些参数的变化对总降噪量的影响，这些参数包括温度、气流速度、管内的吸声情形、次级声源的Q值及次级声源到检测传声器的距离，模拟的结果有助于实际管道有源降噪的系统的设计。     

用高压显微光谱系统研究(Zn_(0.85)Cd_(0.15))S:Cu,Al磷光体在流体静压力下施主-受主对的发光

用金刚石对顶砧高压显微光谱系统在室温和1bar—66kbar的流体静压力范围内研究了(Zn_(0.85)Cd_(0.15))S:Cu,Al磷光体的发光峰位置和相对发光强度随压力而变化的规律。随着压力的增加,发射峰值波长迅速移向短波方向,而发射峰值对应的光子能量随压力增加的速率为4.7meV/kbar(38cm~(-1)/kbar)。这个值比该材料的吸收边随压力增加的速率要小。随着压力的增加,该磷光体的发光峰值相对强度急骤下降,当压力从常压升到66 kbar时,发光峰值相对强度下降到原值的6％。这些结果可以用Al~(3 )-Cu~的施主-受主对模型来解释。本文还估计施主(Al~(3 )和受主(Cu~ )的激活能之和随压力增加的速率为 3.7meV/kbar(30cm~(-1)/kbar)。     

数值模拟不等距叶片对贯流风机的影响

贯流风机的通过频率(BPF)是其重要的噪声频率.降低BPF噪声可以降低基频处的声压级,其中一种方法是采用不等距叶片.本文采用3种叶片距分布形式,采用realizable k-ε两方程和大涡模拟(LES)湍流模型模拟了风机的内流场,计算线性欧拉方程(LEE)中声源项得到声源位置及强度,采用基于Lighthill声类比的FW-H积分方程获得了叶轮和蜗舌处偶极子型的离散噪声频谱.比较了不同叶片距对风机性能,噪声特别是BPF噪声的影响.计算结果表明在对性能影响较小的情况下,不等距叶轮可降低BPF噪声和总A声级噪声.     

转速对弯掠轴流风机气动噪声的影响分析

针对弯掠轴流风机气动噪声问题,采用大涡模拟(LES)和基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法进行非定常计算,通过快速Fourier转换(FFT),得到风机远场气动噪声声压级分布。对比研究了三种转速下旋转区内声压级分布规律、时域及频域特性,结果表明:旋转区域内声压级随转速增加而增大,前缘分离涡在某一转速时影响区域和强度最大;在一个旋转周期内,声压脉动呈现出6个波峰与波谷,验证了叶片转动频率是风机内部气动噪声的主要激励频率.     

考虑噪声源深度分布的海洋环境噪声模型及地声参数反演

考虑到海洋环境噪声源深度分布不集中,建立了噪声源随深度分布的海洋环境噪声模型,分析了源深度对噪声场垂向特征的影响并从简正波角度予以解释,发现海底声阻抗和声源深度都显著影响由海洋环境噪声获得的等效海底反射损失大掠射角部分,进而将该模型用于地声参数反演.两段实测噪声数据200—525 Hz频段的反演结果表明:基于海洋环境噪声的地声参数反演最优值与声传播的反演结果相近;源平均深度最优值随频率增加有变小的趋势,说明随频率增加环境噪声主要贡献源逐渐由航船转为风浪;当海况大于3级时,400 Hz以上频段噪声源深度平均值很小,与Monahan气泡理论的描述一致.     

甲烷旋流预混火焰动力学特性的实验研究

本文将气流扬声器作为激励源,研究旋流预混火焰在入口速度扰动下的火焰动力学响应特性,并通过测量不同扰动频率下的火焰放热率变化规律得到火焰传递函数。实验结果表明,随扰动频率的变化火焰结构会发生显著变化,火焰传递函数幅值随扰动频率的变化呈现单峰特性。当量比较小时,火焰传递函数的幅值可能大于1,火焰对速度扰动较敏感。利用n-τ模型对实验测量的火焰传递函数进行拟合,结果显示随当量比的增加,特征频率增加,且在特征频率两侧延迟时间不同。     

湍流喷注噪声的压力关系

自五十年代以来,对亚声速及超声速喷注噪声有大量的研究工作,但对阻塞喷注的湍流噪声研究甚少。作者曾于文献[1]中提出阻塞喷注湍流噪声的压力关系。本文是以前工作的继续,作者发现只要将文献[1]中所提出的关系式略加修改,适用范围便可以延至亚声速喷注。并得到湍流喷注噪声的发生机理。根据这个关系,可以推论喷注中的湍流噪声,无论是阻塞或非阻塞,来源都是湍流脉动的四极子源,只是在阻塞喷注中湍流速度继续随驻点压力增加,虽然气流的平均速度不再改变。作者还提出了湍流速度变化的规律,它的合理性及导出的噪声公式为实验结果所证明。     

大功率调制气流声源阵列的相干合成实验研究

完成了调制气流声源阵列的相干合成实验. 提出了利用主动相位控制方法实现调制气流声源阵列相干合成的思路, 介绍了基于随机并行梯度下降算法的声源阵列相干合成的原理. 对利用该算法实现声源阵列的相干合成进行了数值模拟, 完成了双调制气流声源阵列在远场的相干合成实验, 并给出算法参数的合理设置方案. 实验结果显示, 基频成分的相干合成效果明显, 算法收敛时测点处的声压级相比单源发射增加了4 dB, 接近于各单源功率谱中基频成分相干合成、其他频率成分非相干合成的结果; 结果表明实验中算法能够有效控制各调制气流声源辐射声波的相位, 取得了明显的相干合成效果. 关键词： 调制气流声源 相干合成 随机并行梯度下降 高阶谐波     

轴对称阻塞喷注中的声源分布

本文讨论了轴对称阻塞喷注中的湍流混合噪声源的分布。分析表明,在阻塞喷注中,声源的分布十分复杂。 同时,本文讨论了阻塞喷注中湍流噪声与压力的关系;定量地分析了阻塞喷注中压力梯度对源强度和湍流噪声的影响。     

用高压显微光谱系统研究(Zn0.85Cd0.15)S:Cu,Al磷光体在流体静压力下施主-受主对的发光

用金刚石对顶砧高压显微光谱系统在室温和1bar—66kbar的流体静压力范围内研究了(Zn_0.85Cd_0.15)S:Cu,Al磷光体的发光峰位置和相对发光强度随压力而变化的规律。随着压力的增加,发射峰值波长迅速移向短波方向,而发射峰值对应的光子能量随压力增加的速率为4.7meV/kbar(38cm^-1/kbar)。这个值比该材料的吸收边随压力增加的速率要小。随着压力的增加,该磷光体的发光峰值相对强度急骤下降,当压力从常压升到66kbar时,发光峰值相对强度下降到原值的6％。这些结果可以用Al³⁺-Cu⁺的施主-受主对模型来解释。本文还估计施主(Al³⁺)和受主(Cu⁺)的激活能之和随压力增加的速率为3.7meV/kbar(30cm^-1/kbar)。 关键词：     

利用后向散射光空间谱强度分布探测尾流气泡的实验研究

利用自行设计制作的尾流模拟系统产生气泡，应用散射光空间频谱测量分析系统，对水中气泡群的后向散射光空间谱强度分布进行测量和分析，研究了不同探测距离的散射光衰减对其强度分布的影响.结果表明，在气泡密度、大小分布不变的情况下，扩束光照明时，由于参与光散射的气泡数目增加对散射光在水中传播衰减的补偿，散射空间谱强度分布的峰值和半宽值均不随探测距离变化；而细光束照明时，散射谱强度分布峰值随探测距离的增加而减小，半宽值则逐渐增大.所以在远距离探测时，细光束的探测效果好.     

轴对称受限射流冲击尖端障碍物流声特性

本文研究了障碍物位于流场不同位置时轴对称射流冲击尖劈障碍物流动和声学特性。应用大涡模型(LES)数值模拟了受限射流流动特性和FW-H方程数值积分求解了远声场噪声频谱和声压级特性,并与自由射流模拟结果进行对比分析。模拟结果表明当障碍物位于自由射流流场转折界面处,自由射流涡环配对失败,使得自由射流主要噪声源被破坏,受限射流声源为障碍物产生的偶极子声源;当障碍物位于自由射流流场充分发展区,自由射流主要声源涡环配对完成,声源为自由射流段四极子声源和障碍物产生的偶极子声源,且随着离喷嘴距离增加,障碍物处流体流动速度减小,远声场相同位置声压级值逐渐减小。     

回转圆筒内颗粒流速度场的实验研究

基于适用于稠相的粒子图像测速技术对二维回转圆筒内颗粒的流动模式和时均速度分布进行了研究.不同工况下料床的径向对称线、30%径向线和70%径向线上颗粒横向速度分量的分布具有相似性,该速度分布可由柱塞流区的指数型方程和活性层的切变流动方程相结合的形式来准确描述.低速下表面线上速度横向分布是对称的且峰值在中线处,随转速提高峰值逐渐向料床下部移动.表面层内颗粒温度的值远高于柱塞流区内的,其最大值存在于表面层底部颗粒剧烈碰撞的区域.