中心棒哈特曼发声器声学特性研究

采用FW-H声模拟法,研究了中心棒的位置、长度和直径等因素对中心棒哈特曼发声器声学特性的影响,得出如下结论:无论中心棒置于谐振腔入口前端还是底部,只要中心棒一端处于气流入口到谐振腔入口段,哈特曼发声器就能产生较高的声压级;中心棒置于气流入口,且长度不超过喷流间距,会产生比普通哈特曼发声器更高的声压级;中心棒的半径有一个最佳值,数值模拟结果显示,不同半径中心棒哈特曼发声器声压级的大小顺序相应为:r=0.2mm、r=0.3mm、r=0.1mm、r=0.5mm,即半径r为0.2mm的中心棒哈特曼发声器产生的声压级较大,而半径r为0.5mm的声压级最较小;频谱分析发现,加中心棒会使哈特曼发声器的最大峰值频率变小。上述结论对中心棒哈特曼发声器的应用具有重要的指导意义。     

单壁碳纳米管振动特性有限元分析

利用有限元方法对悬臂梁式单壁碳纳米管固有频率和手性角、长度、直径等几何参数之间的关系进行研究.C-C共价键作用通过等效梁单元来模拟,碳原子等效为质点,建立碳纳米管分子结构力学有限元模型,并引入了质量比例因子β来消除数值误差.数值结果表明,手性角对单壁碳纳米管的固有频率影响很小;固有频率随长度的增加而减小,但达到一定长度之后基频随长度的变化不再明显;前4阶固有频率随直径增大而增大,第5阶固有频率不随直径变化,而高阶固有频率随直径的变化不规律;在低阶模态时长度对固有频率的影响比直径的影响更加显著.     

哈特曼发声器阵列的声学特性研究

论文采用FW-H声模拟法,对入口气压分别为3.12、4.12、5.12、6.12、7.12和8.12 atm的哈特曼发声器阵列的声场声学性能进行了数值计算。对声场声强进行了非线性回归分析,得出了声场的声强经验公式。并对回归进行方差分析和F分布检验,分析结果显示,置信水平可以达到10-4,回归水平显著,经验公式的可信度很高。论文结论对哈特曼发声器阵列的应用具有重要的指导意义。     

高强不锈钢绞线网与工程水泥基复合材料黏结锚固性能试验

为研究高强不锈钢绞线网在工程水泥基复合材料(ECC)中的黏结锚固性能,考虑了横向钢绞线间距、相对锚固长度和钢绞线直径三个影响因素,对设计制作的17组51个试件进行了单边拉拔试验。结果表明:横向钢绞线的设置使黏结破坏具有明显的延性破坏特征;横向钢绞线间距对黏结强度影响不大,但延性强化段长度(延性)随横向钢绞线间距的减小而增大;钢绞线网与ECC的峰值平均黏结应力与锚固长度及钢绞线直径均呈负相关,其延性随钢绞线直径的增大而提高,但随锚固长度的增大而降低。试验结果及分析验证了钢绞线网在ECC中的临界锚固长度计算可采用单根钢绞线的临界锚固长度计算公式。      

迷宫密封结构对泄漏量和轴系临界转速影响分析研究

通过数值方法对转子-轴承-密封系统动力学模型求解,对3种密封间隙、8种密封直径、8种压差、8种入口损失率和21种密封长度对泄漏量和临界转速的影响进行研究;通过密封结构对轴系临界转速影响规律进行研究,对比分析了有、无密封力作用下转子-轴承-密封系统对临界转速影响。研究结果表明：通过与DYNLAB程序、TASCFlow程序的结果对比分析,该数学模型能较好的模拟计算泄漏量和转子系统临界转速;通过泄漏量影响规律研究,得出泄漏量随着密封间隙、密封直径和密封长度得增大而增大,泄漏量随压差和入口损失率的增大而减小。通过对临界转速影响规律研究,得到考虑密封会提高临界转速,密封长度的变化对临界转速的影响最大、密封间隙的变化对临界转速影响最小。     

不同外径输电线风噪声的试验研究

针对不同外径和风速下输电线的风噪声问题,进行了5种输电线在4种风速下的风洞试验,分析了输电线风噪声的频谱特征、卓越频率及对应的斯特罗哈数,探讨了总声压级和A计权总声压级,并对比了相近外径输电线和光滑圆柱风噪声。结果表明:输电线风噪声主要由风流经表面产生的涡脱引起,卓越频率与涡脱频率非常接近;风噪声涡脱的斯托罗哈数随雷诺数增加呈增大趋势;输电线风噪声的A计权总声压级随着风速的增大而增大,随输电线外径的增大而减小;高风速下输电线风噪声的A计权总声压级小于同直径的光滑圆柱,两者差距随着风速的增加而增大。     

压缩机吸气消声器气动噪声辐射特性研究

以某变频压缩机吸气消声器为研究对象,在不同压缩机转速下,研究消声器内流场气动噪声辐射特性。通过仿真分析消声器内部流场和声场,采用FW-H声学模型计算其声场参数,获得噪声源数据,计算气动噪声辐射特性,并与整机测试结果进行对比分析。结果表明,吸气消声器噪声源强度从入口至出口沿气流方向逐渐增大,主要噪声源位于出口附近;随转速增加,噪声源强度逐渐增大;出口和入口的声压级都随转速上升而增大,且声压级的最大值所在频段随转速上升逐渐向高频移动;相同转速下,出口处的声压级高于入口处;消声器气动噪声表现为一种宽频噪声,主要集中于400 Hz至6 000 Hz频段内,吸气消声器气动噪声对压缩机整机噪声影响较大。     

基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜热声理论

基于热声效应，对基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜发声器进行理论和仿真研究。首先，利用石墨烯薄膜发声器的热功率平衡方程与气体中的热弹性耦合线性方程组推导出了石墨烯薄膜发声器的近/远场声压表达式。将理论计算结果与实验测试值进行对比，二者吻合良好，验证了理论模型的正确性。然后，利用仿真软件对石墨烯薄膜的近远场声压值进行了仿真计算，并将仿真值与理论值进行对比，二者有良好的一致性，验证了仿真计算方法的有效性。研究表明，石墨烯薄膜发声器的远声场为球面波，近声场近似为平面波。在远场低频段，声压级随输出声频率的增加而缓慢增大；在近场高频段，声压级几乎不受输出声频率的影响。研究结果为基底厚度小于热渗透深度情形下的热致发声器提供了理论计算和分析方法，对石墨烯薄膜声源器件的实验研究具有指导意义。     

铁铬铝网栅吸波性能的研究

采用涂覆法制备了FeCrAl金属网栅吸波材料。研究了FeCrAl丝的不同丝长度、不同丝间距排布对2～18GHz范围内吸波性能的影响规律。研究表明,连续FeCrAl丝网栅材料不具备吸波性能;随FeCrAl丝长度的减小,材料最大吸收峰向高频方向移动,且最大吸收峰绝对值也随丝长度的减小而增大;随FeCrAl丝间距的减小,最大吸收峰向低频方向移动,且最大吸收峰绝对值也随丝间距的减小而增大。     

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖基频研究

首先对构造不同的4个足尺比例冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖模型进行了动载试验。在正常使用阶段,研究了压型钢板与冷弯薄壁型钢梁连接的螺钉间距、刚性支撑件、楼盖端部约束构造设置和楼面活荷载对组合楼盖基频的影响;其次采用ANSYS有限元程序对试验模型16种荷载工况的基频进行模拟,验证了有限元分析方法的可行性;接着利用有限元对组合楼盖基频影响因素进行了分析;最后提出了预测楼盖基频的理论公式。研究表明:组合楼盖的基频随楼面活荷载的增加而降低;压型钢板与楼盖梁连接的螺钉间距、楼盖梁间距、跨高比、腹板高厚比的减小和加强楼盖端部约束、增大楼盖梁及混凝土翼板厚度、相邻楼盖梁跨中设置刚性支撑件均能够提高组合楼盖的基频;而改变压型钢板板型和楼盖宽度对基频影响很小;提出的理论公式能够较好地预测组合楼盖基频。     

多分支HQ管模型的传声损失分析

通过波动方程建立了多分支赫歇尔-昆克(Herschel-Quincke,HQ)管的传声损失模型,该模型可计算包含任意数量、不同管径和不同管长组合的HQ管模型。通过与前人的计算结果进行比较,验证了该方法的有效性。并通过数值计算,分析讨论了不同参数(如HQ管的长度和直径、HQ管分支数量)对多分支HQ管传声损失的影响。结果表明:在总横截面积相等的情况下,多分支HQ管吸声性能与单分支HQ管相同;改变管道的长度可以改变共振频率;比较频率平均传声损失,HQ管长度不统一的结构的声学特性优于长度统一的结构。     

声流对单管道周围换热特性的影响

通过仿真与实验的方式,研究声波影响管道外部的流动和换热特性。在仿真中,对输入声压级相同时,不同频率的声流速度进行研究,结果表明频率对管壁处平均声压级的影响较小,但对管壁周围切向速度的影响较大。基于声波对流场分布的影响,在实验中研究不同声压级和频率对单根钢管换热的影响,结果表明声压级不变,频率越低,钢管换热效果越好;频率不变,声压级越大,钢管换热效果越好。仿真与实验结果表明：管道周围的换热效果与声流速度的大小成正比,而声流大小与频率和激励速度直接相关,激励速度越大,频率越低,钢管附近声流运动越剧烈,采用低频高声压级的声波能够加速钢管的换热过程,该研究为声波影响管道换热特性提供了理论依据。     

气体声学温度计中声波导管的优化设计研究

声波导管的设计是影响声学信号信噪比的关键因素,导管内径越大、长度越短,越利于声波传输,但同时对声学共鸣腔产生更大的扰动。提出了采用变径声波导管降低声波的能量损耗和扰动方法,建立了变径声波导管的衰减和扰动模型,对比分析声学信号在不同尺寸声波导管内的能量衰减和导管对圆柱轴向非缔合声学共振频率和半宽的扰动,获得了优化的导管尺寸,在声波传输能量损失较小的情况下对内长为80 mm圆柱腔体首个轴向非缔合声学共振频率产生的相对扰动在3×10^-5以内,该声波导管的优化设计可为高温气体声学温度计的深入研究提供理论支持。     

超声造影剂微泡非线性声学特性的数值仿真

以空气泡为例,采用描述气泡半径运动的Rayleigh-Plesset方程,对其在高频声压辐照下的非线性振荡,散射声场和散射截面进行理论和数值研究,为获取更清晰的图像提供理论依据。结果表明:激励声压的频率在微泡的固有谐振频率附近时,可以产生强的二次谐波散射声压。同时,提高入射声强可以增大二次谐波散射截面,但不能改变基波散射截面。     

基于管内平面波分解的热声谐振管声功测量方法

提出了通过平面声波分解测量热声谐振管中单频压力波声功的方法.在该方法中,只要测量沿程两点的声压,便可将管内平面驻波声场分解为入射波和反射波两种分量.由这种分解可以求出入射波的声功和反射波的声功,二者之和决定了总声功.该方法考虑了粘性耗散和热传导带来的损失,即使在高频、高驻波比情况下也能得到准确的测量结果.由于这种平面波分解的方式可以对整个谐振管内的声场参数进行重构,与以往的双传感器声功测量方法相比,显著优点是不仅能够获得两个压力测点中点的声功,还能得到整个谐振管上沿程各点的声功,这对于分析热声系统各部分的声功耗散是非常有用的,这种方法在原理上也更易于理解.     

基于大涡模拟和Lighthill声类比的孔腔流动发声特性研究

孔腔流动发声是气动声学研究领域重要的课题,基于大涡模拟和Lighthill声类比方法,探讨了气体在孔腔流动的流激噪声的发声特性。模拟结果表明,孔腔边界层出口剪切涡、边棱处涡街和腔体内反馈涡的运动诱导了孔腔发声,具有明显的偶极子特性,在高频段腔体内激发了声学驻波模态。通过模拟与实验对比分析了不同流量下噪声量级以及频谱分布规律,研究结果表明:24 kHz以下的声频谱会表现出波峰小范围迁移;24 kHz以上频率对应的声压级随流量增大而增大;腔体长度和特征频率近似满足Strouher公式,即声频特征频率随腔体长度的增大而减小。上述研究结果为下一步设计在线监测安全阀泄漏的报警超声波发声器提供了理论依据。     

On jet instability modes of a subsonic Hartmann whistle

Numerical experiments to understand the resonant acoustic response of a subsonic jet impinging on the mouth of a tube, known as the Hartmann whistle configuration, were performed as large-eddy simulations. The tube length was chosen so that its fundamental duct mode, for one end closed and one end open, would match the dominant mode in the exciting jet. When the tube mouth was placed in the path of a regular stream of vortex rings, formed by the instability of the jet’s bounding shear layer, a strong resonant, tonal response (whistling) was obtained. At three diameters from the jet, OASPL was 150–160 dB. A tube with a thicker lip generated a louder response. When the tube was held closer to the nozzle exit, the impinging unsteady shear layer could not provoke any significant resonance. The simulations reveal that the tonal response of a Hartmann whistle operating in subsonic mode is significant.     

哑铃形热声谐振器的谐振频率

热声自激振荡模态取决于声学谐振器结构形式和特征尺度。级联型热声热机依靠哑铃形谐振器来调制所需要的局部高阻抗行波声场,谐振管通常由几段不同横截面的管段组成。哑铃形热声谐振器的谐振频率由共鸣腔容积、谐振管截面和长度共同决定。根据哑铃形谐振器不同截面管段内的声传播规律、共鸣腔声学边界条件以及管段间的声压和体积流率连续条件,利用行波叠加的方法,建立均匀管模型、变截面模型和热声网络模型,得到了系统谐振频率随共鸣腔容积变化和谐振管特征尺寸变化的规律。系统谐振频率的变化将引起最佳听音点的位置的移动,进一步起到调节回热器声阻抗的作用。实际热声热机实验研究中,通过改变谐振器特征尺度或结构形式调节系统的谐振频率,也是热声热机调试过程中实现自激振荡的主要手段。