利用含多孔介质微穿孔周期结构增强声吸收

为获得理想吸声性能,提出了一种由多孔材料,微穿孔板及空气层构成的周期复合结构,并利用微穿孔板理论和等效流体多孔材料模型,结合等效电路法进行了分析。结果表明,复合结构显著增强了微穿孔板结构的中低频吸声性能,但其高频性能较单独多孔材料差;采用合适填充比例并联布置多种多孔材料,可适当调节复合结构的吸声性能。此外,周期复合结构的堆叠层数N≥1时,相对单层复合结构,中低频吸声带宽提升至少40%(≥380 Hz);相对多层微穿孔板结构,增大N对相应中低频吸声带宽提升不低于30%(≥300 Hz)。总体上,文中周期复合结构可显著增强传统微穿孔结构的中低频性能,是一种简单高效的中低频宽频降噪方案。     

多孔介质中的声传播及其研究进展

评述了多孔介质中的声传播，特别是Ｂｉｏｔ理论近年来的进展和它在实际应用方面的困难。此外还介绍了分形学在这方面的应用。     

电磁波在周期介质中的传播及二维光子晶体的光子带结构

光子晶体是光学与凝聚态物理交叉的新领域,也是近年来应用物理学的一个重要研究领域,它是一种由介电常数高的(低的)介质在另一种介电常数低的(高的)背景介质中周期排列所组成的人造多维周期结构材料,能够产生光子带隙。频率落在带隙内的光在晶体里沿任何方向都不能传播,因而具有能够抑制原子、分子的自发辐射等诱人的光电子学特性,在基础研究和实际应用上都有着巨大的潜力。本文在这一领域里进行了富有成效的研究,获得了很好的结果。主要有:(1)利用平面波展开方法来计算二维光子晶体的带隙结构。首先,我们设计正方晶胞的二维光子晶体模型。设x₃方向为介质柱的轴方向,二维周期结构在x₁-x₂平面上。晶胞的晶格常数为a,半径为r,介质柱和空气柱的介电常数分别为ε_a=17和ε_b=1,a>2r。设计的核心思想是通过降低光子晶体结构的对称性,消除光子能带在晶体的布里渊区高对称点上的本征简并。(2)对于二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导,给出了光子晶体中禁带存在的理论依据。同时以正方格子晶格的二维光子晶体为例,验证了电介质在空气圆孔中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区,称为绝对光子带隙。对于二维的光子晶体,两种本征偏振模式的光子能带结构可以独立地调节,以实现两者的光子带隙的最优重叠, 从而大大提高了二维光子晶体的完全带隙宽度。     

二维周期性复合介质中弹性波的能带结构

用平面波展开方法,研究弹性波在二维周期性复合介质中的传播问题.由 Pb柱体嵌入 epoxy基体组成的复合介质,其弹性波带结构中,存在很大的完全带隙。研究了柱体的横截面形状、组元的体积占有率及复合介质的材料组成等因素对带结构的影响.在C柱体和epoxy基体组成的复合介质中,也观察到完全禁带的出现。但是,相反情况,由epoxy柱体和Pb或C基体组成的材料中,均无完全禁带出现。     

大陆坡海域二维声传播研究

针对在西北太平洋大陆坡外海进行的一次实验中观测到的接收信号能量在声道轴深度附近较为集中的现象,分析了存在向下斜坡时声源置于海面附近和斜坡表面两种情况下斜坡分别对声传播的影响。通过数值模拟,得到了不同声源深度下的传播损失和脉冲的时域波形,数值结果表明,当声源置于海面附近时,声波在水平不变深海环境中随距离衰减很快,而大陆坡的存在可实现能量的远距离传播;当声源置于斜坡表面时,大陆坡会改变水体中声波能量的分布,使其在声道轴深度附近比较集中,这种传播条件下小掠射角声线产生的时间展宽很小,     

二维矩形波导管中的非线性声传播

本文采用部分波和二阶微扰理论对二维矩形波导管内声波的非线性传播问题进行了研究。由二次谐波的边界条件和初始条件,可得到物理图象清晰、便于计算的二次谐波声场解析式。结果表明,不同基波传播模式间的相互作用不存在二阶非线性,管内任意振幅分布的稳态激发源产生的二次谐波为各个模式二次谐波之和,且二次谐波声场分布具有对称性。     

含三聚氰胺多孔材料分层复合介质吸声特性*

三聚氰胺泡沫材料是一种具有高开孔率的多孔材料,具备优良的吸音、防火隔热及环保性能,可以作为吸声材料与弹性板、空腔介质形成复合结构,在建筑、航空、交通工具等工程领域有广泛的应用。该文基于Biot理论和分层介质在交界面处的不同边界条件,建立非均匀复合介质背衬刚性壁面结构的理论声学模型,详细分析了多孔材料布局对复合结构吸声特性的影响。该文理论模型计算的结果与阻抗实验得到的垂直入射吸声系数基本一致,验证了理论模型的正确性。结果表明:在多孔材料前面增加空气层可以改善高频吸声特性;在多孔材料后面增加空气层可以改善复合结构低频吸声特性。通过合理配置多孔材料,可以在应用需求频段上达到满意的吸声效果。     

多孔复合介质周期结构热传导和质扩散问题的多尺度数值方法

本文针对一类复杂的多孔复合介质的热传导和质扩散问题,给出具体的多尺度渐近展开公式,并在此基础上设计了有限元算法格式,它是宏观和细观相结合的数值方法。理论分析和数值实验均表明：多尺度数值方法对求解多孔复合介质周期结构的热传导和质扩散问题是可行的和有效的。     

二维周期性复合介质中声波带隙结构及其缺陷态

用平面波展开方法和超元胞方法,研究了钢柱体在水中按周期性排列时声波的能带结构.讨论了钢柱体的横截面形状(圆形和正方形)、柱体的体积填充率及缺陷等因素对声波带隙结构的影响. 关键词： 声波 带隙 缺陷态     

二维声子晶体带结构研究

声子晶体是近十年来提出的新课题，对声子晶体带结构的研究具有理论和应用价值。论文介绍了用平面波展开法计算二维正方点阵的固体／固体声子晶体带隙的方法，并应用于各向同性的铅柱体填充物以正方点阵排列于各向同性的环氧树脂基体中所形成的二维双组分复合体系。计算了柱体横截面是长方形时晶体的带隙，结果发现随着长方形截面的长宽比（l1／l2≥1时）的增加，带隙宽度逐渐减小，最后消失。     

基于复合蜂窝结构的宽带周期与非周期声拓扑绝缘体

具有良好可重构性、良好缺陷兼容性及紧凑型的声学拓扑结构可能成为声学发展中一个有前景的方向.本文设计了一种可调谐、应用于空气声的二维宽带复合蜂窝形晶格结构,其元胞拥有两个变量:一个是中心圆的缩放参数s,另一个是"花瓣"图案围绕其质心的旋转角度q.研究发现当s为1.2, q为±33°时,在结构的布里渊区中心点出现四重简并态.在±33°两侧,能带会发生反转,体系经历拓扑相变;同时,结构的相对带隙宽带逐渐增加,其中q为0°和60°时,相对带宽分别为0.39和0.33.本研究还计算了由这两种转角的声子晶体组成的拼合结构的投影能带,发现在其体带隙中存在着边界态并验证了此拓扑边界的缺陷免疫特性.最后通过变化s,构建了一种非周期性双狄拉克锥型的声拓扑绝缘体并验证了其缺陷免疫性.本研究的体系相对带宽显著超过已知体系,将为利用声拓扑边界的声波器件微型化打下良好的基础.     

光在二维无序介质中的动态传播过程

用有限时域差分 FDTD 法研究了光在二维无序介质中的动态传播过程.数值模拟了某一高斯脉冲光束入射到无序介质中光场的空间分布随时间的演化,结果表明：在光束入射的初期,能量从光源区向外传播并出现了清晰的波前传播的特点;经过一定的时间后,有部分能量从光源区向外扩散,而大部分能量逐渐聚集在介质中的一些小区域内,这与整体散射模型关于无序介质中光子局域化的研究相吻合,而且更清晰地呈现了形成光子局域化过程中的物理现象及整体散射干涉效应的重要机理作用.     

气泡线性振动对含气泡水饱和多孔介质声传播的影响

为了研究孔隙水含少量气泡时多孔介质中波的传播,本文在Biot模型的基础上,将孔隙水中气泡的体积振动融合到多孔介质的孔隙流体渗流连续性方程中,从而得到了考虑气泡体积振动的孔隙流体渗流连续性方程.在此基础上,根据气泡线性振动下气泡瞬时半径和介质背景压力的关系,以及多孔介质运动方程和流体介质运动方程,导出了受气泡影响下多孔介质位移矢量波动方程,建立了非水饱和多孔介质声速频散和衰减预报模型.气泡的存在增大了孔隙水的压缩率,导致含气泡水饱和多孔介质声速的降低.当声波频率等于气泡的共振频率时,在声波激励下,介质呈现高频散,且孔隙水中的气泡产生共振,吸收截面达到最大,使得多孔介质的声衰减也达到最大.文中数值分析验证了上述结论,表明了气泡含量、大小和驱动声场频率是影响声波在含少量气泡的水饱和多孔介质中传播的主要因素.     

含Kerr介质二维光子晶体波导传输特性的NFDTD分析

利用非线性时域有限差分法(NFDTD)理论,导出了含Kerr介质的二维NFDTD算法的离散表达式,并对含Kerr介质点缺陷的二维光子晶体波导传输特性进行了分析,得到了相应的透射频谱和光场分布图.研究发现,对于输入该波导的归一化频率为0.419的光信号,当入射光强小于2.8×104W/m2时,信号几乎不能通过;当入射光强大于2.5×106W/m2时,信号能通过.这些结果将有助于光子晶体光限幅、光开关等器件的设计.     

多孔介质燃烧-换热器NOx排放的二维数值研究

通过二维单温模型,考虑甲烷燃烧的详细化学反应机理,数值研究多孔介质燃烧-换热器内的燃烧、传热和NO排放规律.研究主要工作参数过量空气系数和燃烧器功率对氮氧化物排放的影响.结果表明,过量空气系数和功率对NO排放有显著的影响.功率一定时,过量空气系数由1.12增大到1.42时,NO体积分数由3.9E-5减少到1.8E-5....     

双频磁绝缘线振荡器二维周期结构研究

推导了双频磁绝缘线振荡器（BFMILO）慢波结构的本征方程,并研究了其色散特性和场分布.通过研究发现,通过引入角向分区,使BFMILO慢波结构表现出二维周期性的特点,在该慢波结构中,不同电磁模式集中在角向不同区域,传统磁绝缘线振荡器（MILO）中呈现竞争关系的两个不同电磁模式可以同时独立稳定地参与束-波换能,从而产生双频输出.该分析方法可以适用于多频磁绝缘线振荡器的研究. 关键词： 磁绝缘线振荡器 高频特性 双频 高功率微波     

周期磁场调制下的二维电子结构

基于有限差分方法,研究周期梯度磁场调制下二维电子气的电子性质.结果表明:由于周期梯度磁场的存在,体系展现出丰富的电子能带结构.其子带的宽度随|k_y|增大而不断变窄,|k_y|越大势阱越深;由于在k_y > 0和k_y < 0两个区域的有效势能不一样,其能带结构在两个区域不一致且在k_y > 0的区域中形成更多束缚态.通过改变磁条周期、磁条到2DEG的距离及磁化强度研究其对电子能带结构的影响.     

层状多孔介质中声反射和透射

本文根据流体饱和多孔介质中声传播的Biot理论和多孔介质界面上的六个边界条件研究了平面声波斜入射于多层水平板状多孔介质时的反射和透射。数值计算了快纵波为入射波时声波频率、入射角等量的变化对能量的反射系数、透射系数的影响。数值计算结果表明,当声波波长与中间介质厚度呈一定比例时,反射系数、透射系数取得极值,入射角、多孔介质的性质对反射系数、透射系数的影响很大。     

光在二维无序介质中的动态传播过程

用有限时域差分 FDTD 法研究了光在二维无序介质中的动态传播过程.数值模拟了某一高斯脉冲光束入射到无序介质中光场的空间分布随时间的演化,结果表明:在光束入射的初期,能量从光源区向外传播并出现了清晰的波前传播的特点;经过一定的时间后,有部分能量从光源区向外扩散,而大部分能量逐渐聚集在介质中的一些小区域内,这与整体散射模型关于无序介质中光子局域化的研究相吻合,而且更清晰地呈现了形成光子局域化过程中的物理现象及整体散射干涉效应的重要机理作用.     

双层多孔介质内预混燃烧的实验和二维数值模拟

对双层多孔介质燃烧器内丙烷/空气预混燃烧进行实验和数值研究.实验对多孔介质燃烧器内固体温度场分布进行测量分析;数值计算利用商业软件FLUENT6.2,通过添加用户自定义标量方程和用户自定义函数,对有壁面散热的双层多孔介质内预混燃烧进行了二维模拟,并与实验结果进行了比较.结果表明,双层多孔介质燃烧器具有良好的稳定燃烧范围和较低的污染物排放;壁面散热对多孔介质燃烧的影响不可忽视.