管内声传播非线性效应及反声影响的数值研究

本文提出了包括考虑反声效应的一种数值方法来计算跨声速变截面硬壁管道内无声激波非线性声传播问题。通过许多算例,详细讨论了管道形状,喉部流动马赫数,入口声源强度及反声源强度对非线性声传播影响。算例表明,确实存在最佳反声强度,这时管道出口可得到明显的声衰减效果。     

地球曲率对远距离声传播的影响

对于远程声传播问题,地球曲率的影响不可忽略.为分析地球曲率对远距离声传播的影响,本文提出了一种地球曲率影响下环境参数的修正方法,该修正方法无需改动现有声场计算模型,具有可移植性好、计算简便的特点.典型环境下的仿真结果表明,由于地球曲率的影响,在会聚区传播中,会聚区的位置向声源方向偏移,会聚区移动随着距离变换近似为线性关...     

渐变截面热声波导管内的声流影响因素分析

通过理论分析和数值仿真,对渐变截面热声波导管内声流各影响因素进行了具体的分析,并给出了不同情形下波导管内的声流速度分布特性曲线。研究表明,热物理参数对渐变截面导致的声流变化无影响,针对具体的声场设计合适的截面变化形式可以使得管内声流在整体上得到一定程度的抑制或加强。此外,当波导管截面尺度与热穿透深度同数量级时,轴向时均温度分布对声流的影响十分显著。当不存在非零时均温度梯度时,热传导效应对声流的影响在管截面尺度为黏性穿透深度约10至20倍量级时最大。     

浅海涌浪对表面声道声传播的影响

受海面强风和海-气相互作用影响,表面声道普遍存在于冬季海洋环境中,是一种天然有利于声传播的波导.但是海面波浪使得海表形成粗糙界面,会严重破坏这种优良性能.本文利用南海北部海区的一次冬季声传播实验数据,研究表面声道声传播特性.研究表明,海底底质对表面声道内声传播的影响较弱,当海面风较小时,涌浪造成的影响为主要原因.实验数...     

传播起伏对声信号相关处理的影响

本文所讨论的是,复杂脉冲信号经过相关处理之后,其模糊度函数起伏与输入相关器的传播信号起伏之间的联系。在具体计算中,着重于线性调频脉冲情况,得到模糊度函数（或其峰值）起伏的平方差,等于输入信号振幅起伏率与相位起伏方差之平方和,即
σ本文所讨论的是,复杂脉冲信号经过相关处理之后,其模糊度函数起伏与输入相关器的传播信号起伏之间的联系。在具体计算中,着重于线性调频脉冲情况,得到模糊度函数(或其峰值)起伏的平方差,等于输入信号振幅起伏率与相位起伏方差之平方和,即式中,“权重”A和B与输入信号振幅及相位起伏的时间相关半径、脉冲长度、时延等有关。     

装配式墙板的空气声隔绝性能及孔洞缝隙对隔声的影响

装配式建筑是今后建筑业发展的方向,因此对装配式建筑在隔声性能方面有什么特点,是急待实验研究的。我院与北京市建筑设计院合作,曾对北京地区试点工程所采用的几种装配式墙板的空气声隔绝性能,在实验室内进行了测定。测定的墙共计九种,主要都是用于住宅、办公楼、中小学校等民用工程。如果按     

丛聚的含气泡水对线性声传播的影响

含气泡水内气泡的空间分布会对线性声传播产生影响,导致实验结论与理论预测存在较大偏差.为解决这一问题,将准晶体近似引入到自洽方法中,导出了考虑空间分布时多分散含气泡水的等效声波波数.考虑到含气泡水内,气泡间存在小范围的聚集趋势(简称丛聚现象),在此基础上引入Neyman-Scott点过程描述了含气泡水内气泡的丛聚现象.分析发现,丛聚时,声速、声衰减的峰值将受到抑制,并向低频偏移,且抑制和频偏现象会随丛聚加剧而变强;随频率远离峰值段,丛聚对声传播的影响逐渐减弱.此外,考虑到空间分布的统计信息提取对相关研究的精确与否起到重要作用,引入了一种比例无偏估计,通过该方法获得了仿真环境下丛聚含气泡水模型的相速度及衰减系数,该建模及统计方法也可为相关实验工作提供理论基础.     

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。     

三通管路的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...     

浅海声传播相速度对测向精度的影响

利用水听器阵接收声信号,通过波束形成判定目标方位,是水下目标方位估计的基本方法。为了提高声探测的作用距离,波束形成的工作频段往往低至几百赫兹以下,而这种情况下,波束形成中参考声速的选取对测向结果的影响尤其突出。本文结合实验数据进行了简要的理论分析和数值模拟,讨论了由于参考声速选取不适当而引起的测向误差,指出参考声速是声波传播的相速度,而低频段的相速度具有明显的随频率变化特性。最后,提出利用声场匹配的方法来提高低频长线阵的测向精度。     

浅海起伏海面下气泡层对声传播的影响

分析了起伏海面下风浪引起的气泡层对海面反射损失和对声传播的影响.一方面,气泡层会改变原来水中的声速剖面;另一方面,气泡层会对声波产生散射和吸收作用.考虑以上两方面的因素,分析了不同风速下气泡层对海面反射损失和声传播损失的影响,仿真发现,在风速大于10 m/s时,对于2 k Hz以上频率时气泡层对小掠射角下海面反射损失的影响不可忽视.在给定的水声环境中,当声源深度和接收深度都为7 m时,风速为16 m/s的风浪下生成的气泡层,在10 km处对3 k Hz的声传播损失的影响达到8.1 d B.当声源深度和接收深度都为18 m时,风速为16 m/s的风浪下生成的气泡层,在10 km处对3 k Hz的声传播损失的影响达到4 d B.     

深海表面层声速剖面变化对声传播的影响

在我国部分海域，表面声速常常在较短的时间内从弱正梯度变为弱负梯度，这将对表面附近的声传播产生巨大影响。本文通过数值模拟的方法，讨论了表面层声速梯度变化对声传播的影响，同时解释了某次海上实验出现的异常现象：在同一地点同一航向，前后两天海况相同，水文相差不大，第一天的实验可以在50km之外接收到信号，而第二天只能在30km处才能收到信号。     

声空化泡对声传播的屏蔽特性*

该文介绍了声空化液体中声波被反常吸收的现象,即驱动声压越大,吸收越强,远场声压越低。研究给出其物理机理是高声压导致强空化,空化泡吸收驱动能量辐射高次谐波,高频声波更易被液体吸收,最终形成更低的远场声压。为了克服空化屏蔽,改善声空化的均匀性,提出了改变工作液体的空化阈值的思路。并就简单的双层液体系统进行了计算和实验,结果证实这种思路的正确性。     

渐变截面热声波导管内的声流解析模型

建立了二维渐变截面热声波导管内的声流模型,分别考虑了封闭直管和环形回路两种不同结构,获得了更为普适的解析结果。封闭直管结构的声流结果可应用于任意宽度的波导管,环路结构的结果考虑了渐变截面管段宽度远大于热、黏穿透深度的情形。研究结果表明,渐变截面热声波导管内的声流主要受声场结构、截面变化及轴向时均温度分布的影响,在其它参量不变时声流量值及分布随波导管特征尺度的不同而变化。该解析模型可应用于热声及其它物理背景下的声流分析。     

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。     

套管井体胶结状态对井孔中声传播的影响

从波动方程出发,利用匹配边界条件,木文推导出套管井中由单极子和多极子声源激发的井内声场定解表达式及相应的导波色散方程.利用实轴积分法和快速傅里叶交换数值方法,具体计算了套管井中不同胶结情况时由单极子声源和偶极子声源激发的井轴上不同源距处的全波列波形。结合套管井中的轴对称导波模式,分析了胶结状况对套管井中单极子和偶极子声源激发的声场的影响.研究结果表明:仅利用普通单极子声源或偶极子声源进行套管井测井,难以区分出套管胶结良好、套管与水泥为滑移胶结和自由套管情况三种不同的胶结情况;只有把普通单极子声源测井与偶极子声源测井结合起来,才有可能准确评价套管的胶结情况。     

海底沉积物参数对浅海中低频声传播的影响

推导出了考虑海底沉积物中声衰减和横波后浅海中点声源激发声场的积分表达式,并用实轴积分法和快速傅里叶交换（ＦＦＴ）数值计算模拟了爆炸声源在浅海中激发的全波列波形。考察了海底沉积物参数、声源激发主频等对低频声传播的影响。研究表明：在远场接收到的波群为声源主频处的模式波。最后讨论了通过几个不同声源激发主频处的某一模式波的群速度的测量值用最小平方和估计法来反演海底沉积物的纵波速度和横波速度的可能性。     

水平不变浅海环境随机扰动对声传播的影响

本文主要讨论浅海水平不变波导中的低频声传播问题,为环境适配声纳设计奠定基础。通过仿真分析了海水及海底环境参数对传播损失的影响,根据仿真及实验结果,建立了声速剖面随机扰动及海面、海底起伏条件下的声强分布概率模型,并利用模型中的形状参数α和尺度参数β,提出了局部蒙特卡洛模拟加曲线拟合的声场敏感性分析方法。仿真及实验结果表明声场传播损失服从伽马分布,良好水文条件下10 km距离的声场能量起伏也达到10 d B,随着距离增加,声场敏感性增加。本文所提出方法通过对近场声场的测量和统计实现对远场声场敏感性的预报,与全声场蒙特卡洛模拟相比计算量减小一个数量级。     

负梯度水文环境下海山对声传播的影响

利用一次南海海山环境下的声传播实验数据,研究了负梯度水文环境下海底山对声传播的影响。针对实验数据中的传播损失异常,从射线声学角度给出了合理的解释,表明海底山的存在引起传播损失在距离上剧烈波动。在距离接收阵较近的7.6 km处,声源位于海山斜坡上,斜坡的反射使接收传播损失减小约8 dB,体现出斜坡增强特征。当声源位于海山后,海底山的遮蔽作用使23.8 km处的传播损失增加超过20 dB,不同位置处海山遮蔽效应的差异使传播损失随距离起伏。利用抛物模型对实验环境下的声传播进行了定量仿真,仿真传播损失同实验结果符合,验证了实验数据中海底山的反射和遮蔽作用。此外,对实验环境下海山的遮蔽损失进行分析,发现在不同声源位置处,海山遮蔽损失在特定频带上同频率对数具有线性关系。     

负梯度水文环境下海山对声传播的影响

利用一次南海海山环境下的声传播实验数据,研究了负梯度水文环境下海底山对声传播的影响。针对实验数据中的传播损失异常,从射线声学角度给出了合理的解释,表明海底山的存在引起传播损失在距离上剧烈波动。在距离接收阵较近的7.6 km处,声源位于海山斜坡上,斜坡的反射使接收传播损失减小约8 dB,体现出斜坡增强特征。当声源位于海山后,海底山的遮蔽作用使23.8 km处的传播损失增加超过20 dB,不同位置处海山遮蔽效应的差异使传播损失随距离起伏。利用抛物模型对实验环境下的声传播进行了定量仿真,仿真传播损失同实验结果符合,验证了实验数据中海底山的反射和遮蔽作用。此外,对实验环境下海山的遮蔽损失进行分析,发现在不同声源位置处,海山遮蔽损失在特定频带上同频率对数具有线性关系。