基于LabVIEW的声波谐振管实验研究

为了更高效地测量声波谐振管的谐振频率,本文基于LabVIEW设计了测量声波谐振管谐振频率的扫频程序,分别得到了两端闭管条件下不同管长的谐振频率,以及首端闭管与尾端闭管条件下的谐振频率.此外,还通过绘制管内驻波波形图对声压波腹发生偏离的假设进行了验证.最后,对谐振管管身小孔开闭对谐振频率的影响进行了探究,发现小孔位置越接近驻波的声压波腹,谐振频率的偏离量越大.     

对共鸣管测声速实验的改进

本实验是封闭奶茶吸管的一端,并对另一端吹气使其发声,用频谱分析软件确定此声信号的基频,进而得出空气中的声速.文中指出理论与实验事实不一致:理论上基频所对应的管长为四分之一个声波波长,只要知道基频与管长即可算出声速;事实上管的有效长度是实际管长加上管口校正量,管口校正量因管口厚薄、管体形状等因素而有所不同.在本实验中,对于直径约为1.1cm和0.6cm的吸管,分别采用0.5d和1d的校正量获得了比较理想的声速值.指出管的长度不宜过短,否则将无法获得较准确的基频值.     

用虚拟示波器探究驻波模型

本文根据"音棒"实验的现象,进行猜想推理和理论计算,建立了相应的驻波模型,进而设计实验,利用基于电脑声卡的虚拟示波器进行探究,最终验证了理论模型的正确性.在该实验中驻波的波腹在铝棒两端,波节为手指捏的位置,其频率满足f=vN/2L.     

谐振管谐振频率计算方法的研究

为了准确地计算声谐振管的谐振频率,提出了基于对管内声压分布进行理论模拟的声压模拟法,以及基于驻波最小点位置与管两端声阻抗关系的驻波最小点法。结果表明这两种方法因为考虑了声谐振管两端的声阻对谐振频率的影响,所得谐振频率更加精确、严格,所以特别适用于要求谐振管的谐振频率严格控制的声学领域。同时表明:声压模拟法与驻波最小点法虽然出发点不同,但谐振频率的计算结果完全相同。驻波最小点法计算比较方便,而声压模拟法在计算出谐振频率的同时,还可以给出管中的声压随位置的分布情况。     

驻波声场中悬浮临界密度及稳定性研究

本文以声场中物体为研究对象,理论上得到行波和驻波场中的声辐射压力方程.在驻波声场中引入临界悬浮密度概念,可作为物体能否在非线性声场中悬浮的判据,同时给出谐振腔移动速度的最大范围.更进一步,以实验参数作为数值计算的输入来指导实验,并结合实验结果讨论了驻波声场中样品密度和大小、发射面和反射面形状以及两者之间的距离、反射面的尺寸等因素对物体悬浮稳定性的影响,发现当物体尺寸和密度确定时,调控好谐振腔的长度,增加波腹处的声压是提升声悬浮稳定性的有效手段.     

利用气体火焰研究驻波

驻波是一个比较抽象的概念,较难理解,用气体火焰模拟驻波可以让我们更直观的研究声场产生的驻波。实验中发现火焰按波形变化的规律分布,用驻波波函数和伯努利方程对实验现象进行了理论分析,引入压节(波腹)、压腹(波节)解释在两端出现的高火焰现象。实验结果与理论分析接近一致。     

低频驻波声悬浮仪器的设计与定量研究

以单轴式声悬浮仪结构为基础,改变传统超声频率信号,使用低频信号实现物体在谐振腔内的悬浮,同时结合声学理论,定量分析出物体声悬浮的条件及悬浮的稳定区,利用驻波共振法测量声速。结合自制教具的特点,将水平放置的声悬浮仪改进后,还可用做驻波形成的演示性仪器,通过改变输入信号频率,观察谐振腔内驻波的形成及悬浮物体在波腹位置的振动状态,提高实验教学的演示性。该套装置制作简单,操作简便,既可作为实验演示教学也可作为定量探究实验。     

惯性管对热声驱动脉管制冷机性能的影响

为了考察惯性管对热声驱动脉管制冷性能的影响,利用驻波型热声驱动脉管制冷实验装置,开展了惯性管结构参数对系统性能影响的实验研究.实验中所采用的惯性管由直径分别为2 mm和4 mm的两段铜管串联而成,重点研究2 mm直径管段的长度对压比和制冷温度的影响.通过实验优化,当惯性管结构参数为内径2 mm的铜管长度2.5 m,内径4 mm的铜管3 m长时,在加热功率1.8 kW条件下,脉管制冷机的无负荷制冷温度达到63.0 K.     

弦振动实验中阻力系数的测定

研究一端接简谐振源、另一端固定的弦在阻尼介质(空气)中的稳态振动及阻力系数的测定.结果表明在考虑了媒质阻尼的情况下,波节处的振幅将不为零.在理论上避免了无穷大振幅的出现,在实验上可通过测量波腹和波节处的振幅计算阻力系数以及在阻尼介质中的驻波波腹点和波节点的位置相对于自由空间的纯驻波状态时的波腹点和波节点的位置的偏离量.     

新型热声谐振机构的理论分析和实验验证

谐振管作为热声发动机的重要组成部分,其长度占整个系统轴向长度的大部分。本文提出了一种利用液体和弹性膜组成谐振系统的方法,并使用这种谐振系统取代谐振管,使系统轴向尺寸减少为原来的1/5。文中利用线性热声理论对该谐振系统的谐振频率进行了计算,并对不同阻尼系数对系统的耗散做出了分析。实验结果表明,在利用驻波热声发动机驱动的情况下,谐振系统自激起振,谐振频率为360 Hz,实际谐振频率与计算值误差在5%以内。     

水在驻波振动体表面上的分布

首先，我们描述了水珠和干粉末在驻波推动作（钢条和金属环）表面上的艺定分布实验，发现水珠将处于波腹而干粉末则位于波书．其次，我们从普遍的驻波解出发，分析了在驻波振动作表面上的水珠和干粉末的受力情况，从而指出水珠的稳定平衡位置在驻波的波腹而干粉末的稳定平衡位置在驻波的波节，这一结论与实验结果完全一致。最后，我们的结论可以应用于环形驻波马达的转子自校正问题。     

声驻波场中空化泡的动力学特性

以水为工作介质, 考虑了液体的可压缩性, 研究了驻波声场中空化泡的运动特性, 模拟了驻波场中各位置处空化泡的运动状态以及相关参数对各位置处空化泡在主Bjerknes力作用下运动方向的影响. 结果表明: 驻波声场中, 空化泡的运动状态分为三个区域, 即在声压波腹附近空化泡做稳态空化, 在偏离波腹处空化泡做瞬态空化, 在声压波节附近, 空化泡在主Bjerknes 力作用下, 一直向声压波节处移动, 显示不发生空化现象; 驻波场中声压幅值增加有利于空化的发生, 但声压幅值增加到一定上限时, 压力波腹区域将排斥空化泡, 并驱赶空化泡向压力波节移动, 不利于空化现象的发生; 当声频率小于初始空化泡的共振频率时, 声频率越高, 由于主Bjerknes 力的作用将有更多的空化泡向声压波节移动, 不利于空化的发生, 尤其是驻波场液面的高度不应是声波波长的1/4; 当声频率一定时, 空化泡初始半径越大越有利于空化现象的发生, 但当空化泡的初始半径超过声频率的共振半径时, 由于主Bjerknes力的作用将有更多的空化泡向声压波节移动, 不利于空化的发生.     

弦线与音叉垂直情况下弦振动的研究

如图1所示，当音叉的位置由图la变为图fo时，则弦线驻波的波腹数减少为原来（偶数）的一半，此现象有的称为二分频现象．对此现象现已有文章‘’‘通过建立物理模型解数理方程的方法得出某些具体结果，但在教学中更希望能从基本物理规律出发对此现象做出解释．本文就此试研究如下．一、基本分析由振动和波动理论可知，要使图1装置形成稳定的驻波须有两个条件，一为弦线长度为半波长的整数倍，一为音叉给予弦线一合拍作用力对弦线总是做正功．设弦线上激发某一频率的驻波，若无能量损耗，则不需外力作用，弦线的运动状态就会一直维持下去．此…     

用智能手机测开管中空气的声速

利用2部智能手机和1根两端开口的吸管等生活中易得的材料设计了简易声速测量装置.该实验利用吸管中的空气柱振动形成驻波,通过智能手机测量驻波的频率,再通过计算即可得出昆明当地的声速(v=337.26m/s),实验结果与理论值符合得较好.     

气体火焰驻波演示实验的理论分析

对通过声场使可燃气体产生火焰驻波的波形进行研究,得出火焰驻波在波节处(固定反射端)出现火焰,在波腹处几乎不出现火焰的结论,理论分析与实验观测相符.     

开管声驻波的演示

在声学中讲到声驻波时,指出声波在闭管中产生驻波的条件是是闭管的长度,人是声波的波长, n= 1, 2, 3,……(参看图 l) 这种反射形成驻波是较易理解的。实验也较容易操作(通常用音叉、玻璃共鸣管等即可) 但讲到在开管(两端皆开口的管子)中形成驻波时,往往不容易理解。若借助于一实验效果,却会有一定的说服力。 在开管中形成声驻波的条件是是开管的长度,λ是当时声波的波长,n= l, 2, 3……。(参看图 2) 为了说明这一事实,可利用一台频率可调的音频振荡器,一只小扬声器,一根适当长短 (约100厘米)、适当粗细(直径为3—5厘米)的玻璃管或金属管,一…     

声柱谐振时的频率和效率

本文从实验和理论方面对声柱谐振时的频率进行了研究,并对声柱谐振时的效率作了理论计算。结果表明,谐振频率随扬声器单元数N的变化近似地按线性规律增加;而谐振时的效率在N少于3时与N成正比,当N大于4时逐渐趋于平缓。 文中还表明了将声柱中各个扬声器作为长管一端的平面活塞辐射源处理更符合于实验结果。     

在孔脱(Kundt)管中发现的新现象及其分析

演示气柱中形成的纵驻波,以孔脱管实验最简单。但由于软木屑在管内的运动和分布情况比较复杂,要说明软木屑的运动和分布比讲解驻波本身更困难,作为演示实验来说这是不理想的。另外,在一些常见的教科书中,对实验中所出现的现象的描述和解释也往往太粗糙或不确切。因此,有必要对这个实验加以改进和讨论。 采用类似于《大学物理学》[1]所介绍的孔脱管实验装置,经过适当的改进,就可以演示气柱中的纵驻波──既能演示两端封闭的管内的纵驻波,又能演示一端封闭、一端开口的管内的纵驻波。演示效果特别明显。实验中发现了一种有趣的、表征驻波形成…     

ICF冷冻靶微管充气过程中气体压力测量

利用自主设计的冷冻靶微管充气系统,通过在常温环境下向靶盒注入氘气,研究了充气管两端压强差与充气管长度、充气速率及充气时间之间的相互关系。研究表明:微管注入法充气过程中,充气管两端的压强差先增大然后减小最终趋于0;充气管长度越小,充气速率越大,充气管两端压强差达到平衡所需的时间越短。该实验结果与根据修正后的Hagen-Poiseuille方程所得到的理论计算值相吻合。     

锥形渐变截面驻波管及其极高纯净驻波场的实验研究

锥形渐变截面驻波管是用锥形管代替突变截面驻波管突变截面部分的驻波管.为对比研究锥形渐变截面驻波管与突变截面驻波管的声学及其极高纯净驻波场性质,首先借助传递矩阵,对锥形渐变截面驻波管的声学性质进行了实验研究.研究表明,与突变截面驻波管一样,锥形渐变截面驻波管也属于失谐驻波管.利用其失谐性,在一阶共振频率激励下,锥形渐变截面驻波管获得了181 dB的极高纯净驻波场.在对锥形渐变截面驻波管和等长的突变截面驻波管的驻波饱和性质进行对比实验研究后发现,在一阶共振频率下,锥形渐变截面驻波管不仅能很好地抑制管内驻波场高次谐波的增长,而且能有效地降低管内驻波场的能量损耗,在相同扬声器激励电压下获得声压级更高的大振幅纯净驻波场.实验研究还发现,在三阶共振频率激励下,锥形渐变截面驻波管的大振幅驻波场三次谐波频率接近声压级传递函数谷值对应的声源端七阶阻抗共振频率,三次谐波随基波快速增长并表现出趋于二次谐波的饱和性质.