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。     

微穿孔板和小孔喷注——马大猷教授对声学的特殊贡献

微穿孔板吸声体是马大猷教授提出的一项特殊的设计技术,自上世纪80年代以来被广泛地应用在音质处理和噪声控制中。微穿孔板吸声体是一种无纤维的宽带吸声材料,它不仅能够应用在传统的建筑声学和噪声控制等领域中,更有意义的是它适用于高温、高速气流、高洁净、需要透明采光等一些极端条件下。当微穿孔板后面有一定的空腔时,它可以在低频的几个频程内具有很高的吸声系数。在喷注噪声控制理论方面,马教授根据小孔喷注噪声与其压力和直径的关系,根据人的听觉生理和心理特性,提出了在气流或者蒸汽出口的颈部处设计合适的小孔结构,可以大大减少气流噪声对人的干扰作用可听声频段内的声辐射,降噪量一般来说可以达到20~60 dBA的降噪量。这就是小孔喷注理论。本文回顾了马大猷教授在他学术生涯第二个春天里结出的这两颗硕果——微穿孔板和小孔喷注,关于微穿孔板在声场和声源噪声控制中的声学特性理论,主要回顾和讨论了微穿孔板结构的研究进展及其在噪声控制中的实际应用,以及小孔喷注噪声的主要能量转移到超声波频段内的物理概念,这一概念对现代喷注噪声控制的发展依然具有重要意义。      

脉动喷注噪声与稳态喷注噪声的关系

在假设气流脉动基本不影响湍流性质的基础上,求得了脉动喷注噪声的声压级公式(90°方向,1m远)。稳态喷注噪声的声压级,相当于脉动频率为零的特例,从而将脉动喷注噪声和稳态喷注噪声统一了起来,实验结果与理论符合。     

气体冲击喷流噪声的理论与实验研究

为研究高速气体冲击喷流噪声机理和控制途径,对气流冲击挡板的噪声特性进行了实验研究,并对噪声机理进行理论分析。高速气流喷流不同表面材质挡板的噪声实验表明,挡板表面材质弹性模量越小,气流喷注挡板的噪声越小。弹性模量小的材质容易吸收气体能量,降低作用在挡板上脉动力幅值,进而降低了喷流冲击噪声。喷嘴与挡板之间距离对喷流噪声产生显著的影响,距离增大使得喷流总噪声减小,但低频噪声增大.高速气流冲击挡板时,气流冲击挡板产生的湍动能决定了喷流噪声的大小,改变挡板表面物性是降低喷流噪声的一个重要手段。     

多孔材料的出流和多孔扩散消声理论

多孔扩散消声器是七十年代发展起来的一种新型消声器。它具有体积小、结构简单和较大的减噪本领。目前这种消声器已在国外推广使用,但缺乏理论。本文详细讨论了气流通过多孔材料由于摩擦所产生的压降,提出对多孔材料的阻塞出流可以用材料的有效通道面积和驻点压降来描述。还研究了多孔扩散消声器的原理,认为扩散消声器的噪声能量由两部分组成:一部分是大量小孔喷注所发的噪声;另一部分是小孔喷注汇合成为面积较大速度较低的扩散喷注产生的噪声。在一般情况下,后者是主要的。混合后的噪声可由混合后所形成的喷注中的气流驻点压力(或气流速度)来确定。文中对此做了系统的计算,并列举出多种扩散消声器。根据这些计算,便可以设计满足实用的各种扩散消声器。 关键词：     

恒压源脉动喷注噪声特性

本文在定常喷注噪声理论的基础上,对脉动喷注噪声进行了理论和实验研究,结果证明,对低频脉动喷注,其噪声可表示为互不相干的简源噪声和湍流噪声的叠加.对一台恒压脉动喷注模型作分析后得到的计算公式,可具体计算脉动喷注噪声的总噪声级和频谱,计算结果与实验数据相符合.     

膨胀小孔消声器的流量和噪声特性

本文对膨胀小孔消声器的流量和噪声辐射与气室压力的关系进行了理论计算和实验研究并取得规律,流量和噪声特性都与小孔的总面积和排气管的截面积的比值η有关,存在一临界比值η_c当η<η_c时,气流只在小孔阻塞.当η>η_c时,气流先在排气管口阻塞,然后在小孔处阻塞.消声器的有效面积与排气管截面积的比值随小孔的总面积的增加而逐渐增加,最后饱和达到1,理论计算和实验都得到同一规律.当η很小时,气流在消声器内产生的噪声可以不计,消声器辐射的噪声为各个单孔辐射的总和,指向性图也与单孔喷注者相同.当η甚大时,消声器内膨胀的噪声起作用,消声器辐射噪声的指向性也发生变化.高压时,辐射噪声的声功率为不膨胀时各小孔喷注辐射的声功率的总和,没有膨胀降噪的作用.但如果将消声器内的膨胀噪声消除后,则消声器的辐射声功率降低,降低的值符合本文的理论预期.     

喷口上游扰动对喷注噪声的影响及其抑制

本文研究了喷口上游气流受到扰动后对喷注噪声产生的影响。通过实验证明这种影响主要是上游湍流噪声辐射到喷口外部而产生的,并且观察到上下游之间存在微弱的非线性相互作用。在这个基础上进一步考察了小孔消声器对上游噪声的抑制作用,提出小孔消声器对这一部分噪声消声量的经验公式。     

声学消息

全国环境噪声控制工程学术会议简讯 由中国声学学会和中国环境科学学会共同举办的全国环境噪声及控制工程学术会议,于1982年9月19日至22日在安徽黄山举行。108个单位的161名代表参加了这次会议,共发表了128篇论文。中国声学学会理事长马大猷教授在会上作了国际噪声工作发展的学术报告,他指出,近年将是“从声源来控制噪声的年代”,并对气流噪声、撞击噪声、内燃机噪声以及声强测量等研究进展做了介绍。会议中就近年来我国城市环境噪声、工业噪声控制等研究工作进行了学术交流。     

小孔喷注消声器在宇航设备上的应用

宇航设备中的供氧排气系统在排气过程中产生了很高的喷注噪声,小孔喷注消声器是控制喷注噪声的有效措施。以喷注噪声理论为基础,利用小孔喷注消声器设计方法,为宇航设备供氧排气系统喷口设计小孔喷注消声器。设计中通过限制孔间距要求,降低孔径,实现了小孔喷注消声器的高降噪效果。加工消声器并测试,降噪效果理想。喷注噪声的计算和实测结果对比显示,两者吻合良好,误差在2 dB(A)左右,但驻压比为4时,计算结果与实测结果相差较大,分析原因是喷口后附加喇叭口结构对喷注噪声中的冲击噪声产生了影响,而经典计算公式并未考虑此种情况。小孔喷注消声器在宇航设备供氧排气系统中应用的可行性和小孔喷注消声器设计方法的可靠性得到了验证。     

非阻塞喷注噪声的A计权声功率的计算

喷注噪声的频谱是相似的。同一种介质的非阻塞喷注噪声的声功率谱随喷注直径的减小或喷注速度的增加而向高频移动,因而喷注噪声A计权声功率与喷注直径和喷注速度都有关系。本文使用-A声功率的连续计权函数和非阻塞喷注噪声的经验声功率谱函数计算了喷注噪声的A计权声功率与总声功率比值随喷注马赫数的增加而减小的关系。这个关系也可以用于估算因频谱的移动多喷口所获得的噪声降低。     

小孔消璔器的流量和噪声特性

本文对小孔消声器的流量流阻和噪声辐射与气室压力和小孔设计的关系进行了实验研究,并取得了规律。当气流的阻塞出现在小孔时,如小孔数不大,流量和噪声能量都与小孔数或其总面积成正比,反压力甚小,只在0.1大气压力上下。经过每个小孔的流量与气室压力(驻压)成正比,但有效面积只约为实际面积的60％,小孔总面积超过喷口面积的1.5倍后,流量逐渐饱和,最后达到喷口的流量。每个小孔产生的噪声则符合一般喷注噪声的规律。根据单个小孔噪声的指向性,可求得通过孔轴的表面上的平均噪声级,这个值应与管周开孔的小孔消声器在周围产生的噪声一致,实验证实了此点。因而求得一种方法,由与喷注垂直方向的噪声级可导出小孔消声器周围的噪声级,从而得到小孔消声器消声量的修正值,小孔间距对消声量的影响文中也作了进一步的分析。     

阻塞喷注的冲击噪声

冲击噪声是阻塞喷注噪声的重要部份。我们对它的声场和频谱作了详细的实验测量,由于采用外差分析技术,冲击噪声的离散谱和宽带谱可同时记录。实验表明,声场和频谱与驻压比的关系很复杂,但在与喷注垂直的方向上,距喷口1米处的总声压级,如驻压比在3到8.5之间,约为97+20logd分贝,基本不受驻压变化的影响,其中d是喷口直径,以毫米计。进一步又给出了全部驻压比范围内的总声压级的表达式。宽带谱在驻压比为2.5到7之间,离散谱在5到7之间最突出,驻压比小于2或大于8.5,阻塞喷注噪声则主要是湍流噪声。本文还给出了计算离散谱频率和宽带谱峰频的新公式;对实验中观察到的离散谱的非谐频成份,也作了解释。在喷注上游方向,观察到阻塞喷注噪声频谱具有一个或几个凹陷部份,表明在这些频率范围存在干涉现象,可能是湍流噪声与宽带冲击噪声之间的干涉现象,文中说明了这种干涉的可能性。     

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。     

有翼阻塞喷注

冲击伴随噪声是阻塞喷注噪声的重要成分。通常认为它是由阻塞喷注中的大尺度湍流结构和冲击气室的相互作用所产生的,理论分析和有关的实验指出,在圆形喷口处加置翼片,将同时影响阻塞喷注中的冲击气室和大尺度湍流结构;有效地降低冲击伴随噪声。     

胶子喷注和夸克喷注性质的蒙特卡洛研究

用蒙特卡洛方法研究了91.2GeV e⁺e^－碰撞产生的3喷注事件.用3个喷注之间的夹角来标识各个喷注,分别计算了3个喷注的能量及能量分布,并在相同能量下计算了3个喷注的多重数,横动量及其分布.通过与能量相同的2喷注事件中单夸克喷注的上述性质的比较,得到了从3喷注事件中挑选胶子喷注和夸克喷注的一种简便方法.这样挑选出来的胶子和夸克喷注在性质上与QCD的理论预言一致,并且胶子和夸克喷注的平均多重数比值的计算结果与实验观测值符合     

障筒吸收消声器

根据轴对称气体喷注中噪声源主要位于喷口附近,且随X/D的增加噪声源的强度连续下降的理论分析,提出障筒吸收消声器;并且进行了系统的实验研究。障筒吸收消声器主要降低喷注噪声中频率高于1kHz的成分。消声器前端长度选取25D较为合适,障筒吸收消声器不仅适用于排气喷注,同时也适用于工作喷注。     

超声速横向气流中液体射流的轨迹预测与连续液柱模型

对于液体射流沿壁面法向喷注进入超声速横向气流中的射流轨迹开展了理论与实验研究,建立了连续液柱三维实体模型.基于液体微元受力分析建立了连续液柱沿喷注方向横截面的截面变形控制方程,计算了液体射流轨迹与横截面变形,合理考虑了液体射流因发生表面破碎所引起的质量损失,提出适用于超声速横向气流的连续液柱模型.利用高时空分辨率的显微成像方法拍摄超声速横向气流中连续液柱的瞬时图像,研究的参数变量包括液体喷注压降(1—2 MPa)、液体喷嘴直径(0.5 mm/1.0 mm)及液气动量比(3.32—7.27).研究结果表明,采用连续液柱模型可以较好地预测中心面上的射流轨迹和三维空间上的液柱形态,并可较为真实地反映实际流场特征,预测结果与实验结果吻合良好.     

低速气流管道中的阀门噪声

本文将流体力学的基本原理和Lighthill的四极子源理论结合起来用于低速气流管道中的阀门噪声的研究,即把阀门流等效于存在约束边界时的喷注来进行研究。本文导出了低速气流管道阀门下游的平均流速分布,脉冲速度分布和Lighthill四极子源的分布;进而利用数值计算方法对阀门噪声声源的分布规律进行了深入的研究。研究表明,声源强度在径向随г值的增加而逐渐增强,达到峰值后迅速下降,峰值位置在混合层附近;声源强度在轴向随X值的增加而迅速下降,下降速度与面积扩张比K~2(K~2=S_管道/S_阀门)有关,扩张比越大,下降速度越慢。 实验研究不仅验证了上述理论分析的结论;并且再次证明,当扩张比保持不变时,利用众多小孔代替单个阀门孔是控制阀门噪声的一种有效途径。     

阻塞阀门喷注中的冲击伴随噪声

冲击伴随噪声是阻塞阀门噪声的重要成分。通常认为它是由阻塞喷注中的大尺度湍流结构和冲击气室的相互作用所产生的。分析表明,对于确定的管道系统和阀门上游驻压,存在一个确定的阀门开启位置。这时阻塞阀门喷注的冲击伴随噪声最强。