驻波法测定超声波声速实验的探究

本文推导了驻波法测超声声速实验中合成声场的位移波动方程、声压波动方程及两者之间的关系。进一步剖析合成声场的性质,从而获得对合成声场更加客观的认识。     

非线性对大气介质中阵列聚焦声场分布影响的研究

基于时域有限差分算法将大气中近似到二阶微小项的非线性声波波动方程进行离散化,得到了模拟采用的差分波动方程.在此基础上,数值模拟了初始声压强弱不同的5个点声源组成的线阵列垂直或斜向辐射的连续正弦波在大气中传播时二维声场的分布情况.将线性条件下的模拟结果与非线性条件下的模拟结果进行比较后发现:弱非线性会对声场的分布和阵列聚焦增益产生一定的影响,使声场分布波形比线性条件下的声场分布波形更加靠近阵列,聚焦效果变差;强非线性会使波形发生更严重畸变,这是由于产生了基频以外的其他频率声波引起的;非线性对斜向传播时声场分布的影响与垂直传播时的影响效果基本相同,但由于斜向辐射时的声波几何扩展造成的轴向声压衰减要大于垂直辐射时的轴向声压衰减,因此聚焦增益和强非线性的影响都将小于垂直辐射时的情况.     

三维串列双圆柱绕流气动流场及声场模拟

数值模拟三维串列双圆柱在不同间距比下湍流流态及其辐射声场.采用大涡模拟(LES)求解非定常不可压缩Navier-Stokes方程得到瞬时流场数据,从而得到声源相关数据,求解基于FW-H积分方程的Farassat-1A方程计算载荷噪声得到相应声场分布.通过对不同间距比下相应的声场及观测点的声压频谱图进行比较可以发现:随着间距的变化,流场呈现出3种不同的流态,其声场也呈现不同的特点,在临界间距比下,总噪声值最大.     

格子Boltzmann方法应用于气动声学研究

应用格子Boltzmann方法(LBM)对不同类型的气动声学问题进行数值研究.通过模拟一维平面声波和二维点源声波的传播,得到沿传播方向的声压脉动,其振荡幅值和衰减趋势与理论值相吻合.其次进行声波衍射和干涉现象的数值模拟.最后,模拟处于流场中运动声源辐射声场的多普勒效应.模拟结果说明LBM方法能较好地模拟低马赫数下的声学问题,包括声压脉动的传播,声波的波动特性以及流动与声波间的相互作用.     

含气泡液体中的非线性声传播

考虑到分布在液体中的气泡是声波在含气泡液体中传播时引起非线性的一个很重要的因素,本文研究了声波在含气泡液体中的非线性传播.将气体含量的影响引入到声波在液体中传播的方程中,从而得到声波在气液混合物中传播的数学模型.通过对该模型进行数值模拟发现,气体含量、驱动声场声压幅值及驱动声场作用时间均会影响到气液混合物中的声场分布及声压幅值大小.液体中的气泡会"阻滞"液体中声场的传播并将能量"聚集"在声源附近.对于连续大功率的驱动声场来说,液体中的气泡会"阻滞"气液混合物中声场及其能量的传播.     

不确定声场分析的二阶区间摄动有限元法

针对一阶区间摄动有限元法在声场参数不确定程度增大时误差过大的缺陷,在二阶Taylor展开的基础上推导了声学二阶区间摄动有限元法,并将其应用于区间不确定声场的声压响应分析。该方法先对声学区间有限元方程的声压响应向量进行二阶Taylor展开,获取声压响应的二阶近似响应向量;再根据二次函数极值定理获得声压响应向量的上下界。二维管道声场与轿车声腔模型的数值分析算例表明,与一阶区间摄动有限元法相比,二阶区间摄动有限元法有效提高了计算精度。因此二阶区间摄动有限元适合不确定度更大的区间不确定声场声压响应分析,具有良好的工程应用前景。     

声场作用下两空化泡相互作用的研究

建立了声场作用下两空化泡泡壁的运动方程,得出了双空化泡的共振频率,振动半径及空化噪声声压．由频率方程,振动半径和声压方程可以看出两气泡的运动情况与单气泡的运动情况有着明显的不同．共振频率,共振振幅及声压与两气泡之间的间距有关．在一定的简化条件下,运用MATLAB语言对共振频率,共振振幅及空化噪声声压进行了数值求解,发现共振频率和共振振幅随空泡间距的增大而增大,空化噪声声压随距离增大先增大后减小． 关键词： 超声 空化 频率 声压     

不确定声场分析的二阶区间摄动有限元法

针对一阶区间摄动有限元法在声场参数不确定程度增大时误差过大的缺陷,在二阶Taylor展开的基础上推导了声学二阶区间摄动有限元法,并将其应用于区间不确定声场的声压响应分析。该方法先对声学区间有限元方程的声压响应向量进行二阶Taylor展开,获取声压响应的二阶近似响应向量;再根据二次函数极值定理获得声压响应向量的上下界。二维管道声场与轿车声腔模型的数值分析算例表明,与一阶区间摄动有限元法相比,二阶区间摄动有限元法有效提高了计算精度。因此二阶区间摄动有限元适合不确定度更大的区间不确定声场声压响应分析,具有良好的工程应用前景。      

小阻尼界面房间声传输函数和声脉冲响应函数的有限元素法

有限元法可用于以声波动方程为基础通过数值计算求解室内声场,适用于分析界面阻抗非均匀分布和复杂形状房间内声场的低频特性。本文首先介绍了小阻尼界面条件下室内声场简正方式、声衰变系数、混响时间的ＦＥＭ计算方法。在此基础上导出了房间内两点之间声传输函数和声脉冲响应函数的ＦＥＭ计算模型,并以矩形房间为例详细讨论了有关细节。本文所讨论的计算模型可以映房间内不同的声源点,接收点位置上的声压频谱特性和脉冲响应的时     

海底爆破辐射声场的理论及数值研究

对固体基底浅海中声波传播的色散特性作了数值模拟与分析. 利用液体及固体中声传播理论导出了固体基底内爆破源在浅海中所激发声场的解析解, 在此基础上, 通过数值计算, 得出了浅海中不同空间点处的瞬态声压时域波形, 并在瞬态声压时域波形的平滑伪Wigner-Ville分布基础上, 对固体基底内爆破源在浅海中所激发瞬态声场的特性作了详细分析. 关键词： 海底爆破 声场 色散 瞬态声压     

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.     

水下等离子体声源的冲击波负压特性

基于修正的Rayleigh气泡脉动方程对水下等离子体声源放电产生的 强声冲击波的传播过程进行了分析; 利用Euler方程作为控制方程组, 建立了水下等离子体声源的聚束声场模型, 通过仿真计算获得的传播云图对冲击波负压的形成机理进行了直观的理论分析. 结果表明: 经过聚能反射罩反射汇聚得到的聚束波在反射稀疏波和水的惯性作用下, 聚束波周围水域产生了拉伸, 形成负压区, 如果拉伸力大于水的抗拉上限, 就会使得水中形成不连续现象, 即出现空化气泡; 此外聚能罩边缘处产生的衍射波进一步加剧了负压的产生, 边缘衍射波最终与拉伸波叠加, 使冲击波负压达到最大值; 通过对比仿真波形和实验波形, 从而验证和进一步揭示了冲击波负压的形成原因. 研究结果对认识水下冲击波的传播规律和进一步改进等离子体声源的设计具有指导意义. 关键词： 等离子体声源 冲击波负压 聚束声场模型 气泡     

A note on moving multipole sources of sound

The object of this note is to draw attention to the need, when speaking of a moving multipole source of sound, to state whether it is based on the wave equation for the velocity potential or the wave equation for the perturbation pressure. The theory of moving multipole sources of sound is firmly established, but, owing to lack of precision, some seemingly contradictory results are to be found in the literature. The reasons for these seemingly contradictory results are examined, and various basic relationships between a moving multipole sound field and its method of generation are established.     

Direct computation and aeroacoustic modelling of a subsonic axisymmetric jet

A numerical algorithm for acoustic noise predictions based on solving Lilley's third order wave equation in the time-space domain is developed for a subsonic axisymmetric jet. The sound field is simulated simultaneously with the source field calculation, which is based on a direct solution of the compressible Navier-Stokes equations. The computational domain includes both the nearfield and a portion of the acoustic farfield. In the simulation, the detailed sound source structure is provided by the nearfield direct numerical simulation (DNS), while the sound field is obtained from both the DNS and the numerical solution to the non-linear Lilley's equation. The source terms of Lilley's equation are used to identify the apparent sound source locations in the idealized axisymmetric low-Reynolds number jet. The sound field is mainly discussed in terms of instantaneous pressure fluctuations, frequency spectra, acoustic intensity and directivity. A good agreement is found between the predictions from the axisymmetric Lilley's equation and the DNS results for the sound field. Limitations and perspectives of the simulation are also discussed.     

基于分数导数研究高强度聚焦超声的非线性声场

在高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound, HIFU) 的研究中, 生物组织的衰减和色散性质会对声能量的空间分布产生影响. 本文提出应用分数导数修正非线性Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov (KZK)方程, 研究生物组织中非线性HIFU声场. 对三种生物仿体的衰减和声速色散的理论实验研究表明分数导数应用的可行性, 在此基础上通过数值仿真分析研究了衰减及声速随频率的变化对HIFU焦域分布的影响. 研究结果表明, 在计算强非线性聚焦超声时, 由于高次谐波的强色散作用, 引入分数导数来解决生物组织特殊的衰减以及色散问题可进一步提高HIFU治疗的安全性. 关键词： 分数导数 声衰减 色散 高强度聚焦超声     

Multiple monopole scattering of sound waves from spherical particles in liquid and elastic media

A solution to the problem of the mean sound field in liquid and elastic media with spherical particles causing monopole scattering of sound is proposed. The integral equation obtained for the field allows passage to the Helmholtz equation with an effective wave number. The characteristic features of the solution are the absence of radiation loss in the mean field wave and the absence of limitations on the particle concentration. The integral equation is used as the basis for solving the problem of the incidence of a plain sound wave at an arbitrary angle on a plane layer of a medium with particles.     

Sound generation and transmission in flow ducts with axial temperature gradients

This article describes a one-dimensional, linearized, analysis of fundamental mode sound generation and propagation in rigid-walled flow ducts with axial temperature variation. An acoustic wave equation, including damping effects and volume sources, is derived and its solution (in the absence of sources) by a numerical technique and an approximate analytical method is discussed. The “forced” wave equation is then solved (the existence of an oscillating solution to the “unforced” equation being assumed) for sound generation by a side-branch volume source in an infinite duct, and the results are applied to a duct of finite length. Reasonably good agreement is obtained between measurements and predictions of the sound pressure field in a flow duct, away from the source region.     

一种分析周期加筋板声辐射的高效方法

为了研究周期加筋板的声辐射特性,建立了一种计算水中周期加筋板在简谐点力作用下的远场辐射声压的高效方法。该方法借助于傅里叶变换法只要先将耦合系统的声振方程,加强筋的弯曲和扭转运动方程,声学波动方程和耦合边界条件转换到波数域中,联合求解得到一组关于平板横向位移的无限大耦合代数方程组,再将该方程组截断成有限大小由数值方法求出波数域中的位移响应,便可结合稳相法得到远场辐射声压。与现有方法给出的结果对比发现二者完全吻合,验证了本文方法的有效性;通过数值方法研究了激励力位置、板厚,加强筋间距和宽度对周期加筋板声辐射特性的影响,得到了具有实际意义的结论。