Rijke管热声非线性不稳定增长过程的研究

本文分析了Ｒｉｊｋｅ管热声不稳定性的非线性增长过程，通过流体力学中的三个基本守衡方程，得出了管内的声学量之间的关系，并通过采用热声相互作用的非线性关系式和管口声波的非线性反射条件，发展了一种可以计算出管内声波从小扰动增长到大振幅振动直到由于非线性效应的影响而停止增长的全过程的方法，最后实验验证了理论。     

可调频率的热声振荡演示器的研制

基于热声理论,介绍了一种相对于传统热声振荡演示器更为简单、有效、直观的热声振荡演示装置,该装置除可调节声波振幅外,还可以调节声波的频率。该装置有助于更好地理解热声效应,了解影响热声振荡的因素,为进一步的深入研究奠定基础。     

利用复合换能器测量反射的二次谐波及介质的非线性参量

计算了有限振幅声波在层状媒质中的传播和反射,研究了用二次谐波反射模式的非线性声参量测量方法,设计制作了用于反射法测量非线性声参量的复合结构超声换能器,利用该换能器及有限振幅插入取代法建立了脉冲反射式测量非线性声参量Ｂ／Ａ的实验系统,对若干流体和生物样品进行了非线性声参量的测量,其结果与现有文献上的值吻合的很好。     

热声制冷机声场中非线性效应

热声制冷的基本原理是热声效应,但热声效应一般只在高声强下发生,随之将产生强烈的非线性效应.本文在自行研制的热声制冷机试验台上,研究了板叠对声场非线性的影响以及非线性对热声系统性能的影响.结果表明,板叠的存在使得声波明显衰减,压比约减小5%,并且各次谐波的幅值和增长速率较无板叠时均有所降低;非线性效应限制了基波的增长,导致了高次谐波产生,且基波和高次谐波的增长均有发展为饱和的趋势.板叠的存在产生明显的声制冷效果,制冷温度随驱动功率增大先增加后减小.在50 W时达到最低温度5.1℃.     

非线性声参量B/A的参量阵成象

非线性声参量B／A描述了有限振幅声波在媒质中传播的非线性特性,有可能成为生物组织定征的一个新参量,有重要的应用前景。本文在声与声相互作用的理论基础上,研究了参量阵的非线性声参量成象,用滤波边投影算法对无损及损耗样品模型进行了计算机模拟成象,在成象过程中讨论了声波衰减对重建象的影响,并提出了衰减修正办法。     

相对论热等离子体中电子声波的非线性频移

研究了相对论电磁波在热等离子体中传播时的色散特性以及由于非线性电子声波激发引起的电子声波的非线性频移。基于相对论激光在热等离子体中传播的电磁流体物理模型,采用流体的非线性频移理论,利用微扰法得到了描述相对论激光与热等离子体相互作用时谐波产生的非线性频移方程。结果表明,等离子体密度、电子温度和一阶谐波振幅是决定相对论热等离子体中非线性频移的主要因素。在弱激发下,非线性频移随着电子温度和一阶谐波振幅的增大而增大,等离子体密度抑制非线性频移。电子声波非线性频移对等离子体密度和电子温度的依赖表现出了强烈的非线性特征。研究结果为深入理解高能量激光与热等离子体相互作用中谐波的产生及引起的非线性频移提供了理论依据。     

非线性声参量计算机模拟成像

非线性声参量Ｂ／Ａ是生物组织超声辨认的一个重要的新参量．本文从Ｂｕｒｇｅｒｓ’方程出发分析了有限振幅平面声波在层状介质中的非线性传播理论，并将它用于二次谐波的声成像，利用通常的ＣＴ算法而得的二次谐波数据进行了非线性声参量的计算机模拟成像，用滤波逆投影算法进行图像重建，对简单的样品模型得到了较好的非线性声参量断层图像．     

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。      

有限振幅声波非线性传播畸变消除的研究

在高声强情况下建立一个无畸变(或低畸变)的声场是非线性声学的一个颇有兴趣的问题。本文讨论了频率分别为f_1,f_2和f_3三列声波的非线性相互作用,其中f_1为有限报幅声波的频率,而f_2=2f_1,f_3=3f_1。基于Fenlon关于多频率有限振幅声波传播的理论,作者指出,如果适当控制频率为f_2及f_3声波的初始位相和振幅,就有可能在某些接收点上抑制有限振幅声波的二次及三次谐波,从而使其传播畸变有极明显的降低。     

牛奶变质的超声非线性定征

本文利用有限振幅声波插入取代法实验研究了牛奶变质过程中非线性参量B／A的变化。变质初始阶段,非线性声参量B／A的值显著增加。结合物理化学性质(PH值和粘度)对实验结果进行了讨论。与线性声参量相比,非线性声参量对牛奶的变质更为敏感,可应用于乳品质量检验及质量控制。     

圆孔非线性声阻抗三维时域仿真与特性分析

为研究有限振幅声波作用下圆孔的非线性声学特性,提出了基于三维时域计算流体动力学(CFD)仿真的圆孔非线性声阻抗提取方法,通过求解层流方程来模拟声信号在圆孔及上下游的传播,以及采用横向周期性边界条件来考虑高穿孔率时圆孔之间相互作用的影响。研究了不同幅值声波作用下孔径、厚度和穿孔率对声阻抗的影响规律,通过对质点振速幅值、频率和板厚等组成的无量纲参量进行非线性回归分析,得到了圆孔非线性声阻抗的拟合公式,并将其转换为可考虑多频声波影响的时域模型。最后结合声阻抗时域模型和有限差分方法计算了直通穿孔管消声器在小振幅和有限振幅声波作用下的传递损失,通过与实验测量结果的比较,验证了拟合公式的准确性和实用性。     

同轴型行波热声热机的实验研究

自行设计搭建了国际首台同轴型行波热声热机的实验装置 ,以氮气为工质 ,获得频率为1 3 7Hz的谐振声波。回热器热端温度达到 2 0 0℃左右时 ,热声热机开始起振 ,平均振幅 0 .1 4bar     

克尔介质中脉冲宽度对瞬态热光非线性效应的影响

在纳秒时域，研究了激光脉冲宽度变化对克尔介质中瞬态热光非 线性效应的影响.通过不同脉冲宽度τp下得到的二硫化碳 苯胺黑溶液的Z_scan实验结果，对瞬态热光非线性效应和光克尔效应的共存过程进行了分析 .随着脉冲宽度的增加，观察到了热光非线性效应从瞬态到稳态变化过程和Z_scan峰谷特性 的转变.同时，从声波的传播方程和光波的非线性传播方程出发，用数值计算方法模拟了这 一非线性过程，结果表明数值模拟结果和实验结果是相符的. 关键词： 瞬态热光非线性效应 脉冲宽度 Z_scan 克尔效应     

厚非线性介质瞬态热光非线性效应的研究

瞬态热光非线性效应是指由脉冲宽度可以和非线性效应的建立时间相比拟的纳秒脉冲激光入射产生的热光非线性效应.用Zscan法测量了不同厚度、不同束腰半径碘的酒精溶液的瞬态热光非线性效应曲线.从声波的传播方程和光波的非线性传播方程出发,用数值计算方法模拟了这一非线性过程.并对实验结果和数值模拟结果进行了比较 关键词： 瞬态热光非线性效应 非线性光学 数值计算     

热粘性对发动机排气管道中噪声传播的影响

声波在气体中传播时,气体的热粘性效应会使声波产生一定程度的衰减,且气体的声吸收系数随温度的升高而增大。由于发动机的排气温度较高,热粘性效应引起的排气管道中的噪声衰减应加以考虑。基于准平面波理论,首次计算了考虑热粘性效应时不同温度、流速和管道尺寸下排气管道中的传递损失,分析了各参数对管道中噪声衰减的影响。结果表明,随着温度和频率的升高热粘性声衰减增强,而气流流速和管道直径的增加会降低直管中的热粘性声衰减。对于简单膨胀腔,传递损失的预测结果表明,热粘性效应使通过频率处的声衰减有所改善。     

振动声调制技术下微裂纹的非线性响应分析

采用非线性弹簧模型对振动声调制技术下微裂纹产生的非线性调制效应进行解释。从理论上分析了振动声调制技术下微裂纹产生非线性调制现象的原理,将微裂纹的开合状态等效为非线性弹簧。利用有限元软件构建并仿真微裂纹非线性弹簧模型,分别观察不同激励下裂纹界面的开合状态及混合声波的传播特性。结果表明,微裂纹界面随低频声波呈周期性开合,使得通过裂纹界面的高频声波与低频声波相互调制而产生非线性现象。在以上研究基础上,开展振动声调制实验研究。对比仿真结果,非线性调制系数R在实验条件下和仿真随低频激励幅值的变化趋势相同,证明了该模型的正确性。该模型为振动声调制技术应用于微裂纹的超声非线性检测提供了理论依据。      

在强无规噪声场中有规声能量的抑制

本文从作者以前发展的“有限振幅无规声波非线性相互作用的理论”出发,并通过对信-噪混合声的分离手续,导得在强无规声波作用下使有规声的抑制以及其边带声的滋长的公式。公式表明,这一种声对声的抑制遵循指数规律。文中还利用空气中的声行波管装置,对这种规律进行了实验观察。观察表明,实验结果与理论预期吻合良好。     

Rijke管自激热声振荡的数值模拟

为了对热声不稳定的发生及控制机理进行研究,对Rijke管内的自激热声振荡现象进行了数值模拟。采用具有低频散低耗散特点的计算气动声学方法,对带有非线性热源项的声波方程进行数值求解,并比较了不同的热源模型及边界条件对非线性效应的影响。结果表明,计算气动声学方法可以成功捕捉到Rijke管内压力的起振过程,而且在速度扰动达到平均流速度的1/3时,振荡会由线性增长转为非线性增长,最终达到有限幅值极限循环。相比热源项,考虑管口辐射耗散的非线性边界条件在振荡幅值和频谱方面对结果的影响都比较小。数值模拟得到的结果与实验符合较好,表明计算气动声学方法适合于热声振荡问题的研究。     

声波在有裂纹的固体中的非经典非线性传播

固体材料的无损检测是一个非常重要的课题,带裂纹的固体材料显示非经典非线性声学现象,本文对此现象进行了实验和理论研究。从实验上一维观察到此现象,发现奇次谐波振幅与基波振幅呈平方关系,与理论预计基本吻合;理论上从二维的角度数值模拟了声波在有损耗的带裂纹的固体中的声传播,并讨论了经典非线性和非经典非线性对声传播的影响,发现裂纹的贡献主要体现在非经典非线性上。分析了样品中裂纹的宽度和位置与非线性声参数的关系,在靠近样品中心的两个对称区域以及距离声源较近点,非线性声参数对样品的破损较为敏感,而在中央和距声源最远端敏感性较低;随着裂纹宽度的扩大,非线性声参数也开始变大,但在破损区域蔓延到棒边缘之前,有下降的趋势。