声传播研究中拉格朗日法与欧拉法的区别

1　引　言在描述流体运动状态时有两种方法 :拉格朗日和欧拉描述。拉格朗日描述着眼于流体中某一体元 ,研究该体元在运动中的性质 ;欧拉描述着眼于空间某一固定点 ,研究某一时刻通过该固定点的流体的性质。在一维运动中 ,拉格朗日描述将初始位置为x0 的体元在时刻 t的位移 x、速度 u、密度ρ均写为 t和 x0 的函数 ;欧拉描述将表征流体性质的各量都写成固定点 x和时间 t函数。一般的研究流体力学问题采用欧拉描述 ,研究声学问题采用拉格朗日描述。在均匀流体中当体元速度及声压很小时 ,欧拉描述与拉格朗日描述之间的差别可以忽略 ,对于较大的…     

室内障碍物对声传播作用的计算机模拟研究

计算声场脉冲响应是数字式可听化研究的核心工作，文章研究了室内声场中存在障碍物的情况下，如何用数值方法模拟脉冲响应的问题，首先提出了根据障碍物特点进行分类研究的方法。然后利用声线跟踪技术和统计学方法，设计了几类障碍物（屏风，隔墙等）情况下模拟声场分布的具体算法，在这些算法中，对镜面反射，扩散反射，散射和透射等现象作了不同程度的考虑，最后，将一个复杂声场模型的仿真计算结果和理论分析作比较，检验了算法的可行性。     

沿海双向声传播测流研究与实验

2009年3月10-11日,用沿海声层析仪在我国台州大陈岛近海进行了一次双方向声传播测流实验。采用5 kHz的10阶M序列信号,利用GPS时钟进行异地时间同步,完成了水下信号的发射和接收,实现了双向声传播时间的精确测量。2个声传播站位间距为11km,实验历时26h。与此同时,在2个声传播站位间还进行了6次温度、盐度和流速的断面走行观测。2个站接收到的信号的信噪比达到了180以上,由双向声传播时间差得到的测线间的平均流速显示了典型的半日潮的变化。声传播观测所得的平均流速与声学多普勒流速剖面仪(ADCP)断面走行观测结果基本一致,两者之差的平均值为0.04m/s。     

管道结构中含同轴穿孔管时的声传播特性

本文着重分析研究管道结构中含同轴穿孔管时的声传播特性，借助成熟的管道声学理论对典型结构作了严格的分析，阐明了结构内的存在两种类型声波：一为普通的平面声波，声压的相位和振幅在穿孔管内外区域保持相同；另一为特殊的声波，它由于穿孔管壁的耦合作用而产生，其声压的相位在内外区域正好相反，而振幅与截面积成反比，并且波数也与平面波的波数有所不同。文中对含同轴穿孔管的一些典型结构，作了定量分析，导出进口界面上声阻     

少量声速剖面时浅海声传播不确定性研究

当只有少量的浅海实测声速剖面时,不能直接利用Monte Carlo法研究声传播的不确定性。基于经验正交函数法,提出扩展向量法对少量实测声速剖面进行扩展,产生与实测声速剖面统计量基本一致的扩展声速剖面,基于MonteCarlo法,利用扩展后的声速剖面计算了声传播损失概率密度分布。结果表明,扩展向量元素服从标准正态分布,扩展后的数据捕捉到了未能测量到、但可能存在的声速剖面,该方法为浅海环境下实测声速剖面数据较少时,研究声传播不确定性提供了一种新的途径。     

关于声致发光机理研究

1　引　言　　近年来声致发光已成为热门课题 ,其机理研究已取得重要进展。由于其马赫数较大 ,微扰法无法利用 ,故借助于数值方法来求解。在求解实际气泡内的方程组的过程中 ,将气泡表面的振动方程作为动态边界条件 ,而用得最多的是 Rayleigh- Plesset方程 ,简称 R- P方程。本文将就此方程的可靠性作一探讨。此外 ,还对高温粘滞及热传导系数及等离子体物理问题作一些讨论。2　气泡的有限振幅振动　　流体中的欧拉体系的方程组为　　ρjdudt=-△ p (ζ 43η) .u η 2 u　　 dρjdt ρj .u=0　　 p =p(ρj,s,xi)式中 ζ,η是流…     

浅海起伏海底环境下的声传播

起伏海底对浅海声传播有着极大影响。文章利用一次东海夏季水文数据,结合蒙特卡洛方法统计分析了浅海长距离起伏海底环境下的声场特性,并利用射线模型分析了海底起伏对声场不确定性影响的机理。结果表明,高频声波对海底起伏的变化更为敏感,传播损失的概率分布更为分散。负跃层环境下,当声源位于跃层下方时,起伏海底对位于跃层下方接收点的声传播影响更为明显。等温层环境下,起伏海底对声传播的影响相比于跃层环境影响更小。起伏海底的倾斜度越大,声传播损失越大。对于相同倾斜度的起伏海底,相对起伏的大小,即起伏海底高度与海深的比值,比起伏周期的变化对声传播的影响更大。     

回热器非线性热声动力学模型的研究

基于基本的守恒方程,研究了回热器在具有大振幅波动情况下的弱非线性热声动力学模型。其中,动量守恒方程采用理论性强的瞬态Darcy模型,能量守恒方程则包括了多孔介质的高阶耗散效应。采用摄动法,并在唯象的基础上获得了能描述包括声流（直流）在内的非线性动力学效应及由此而导致的非线性时均热声动力学效应的局部解析方程组,对加深回热器工作机理的理解具有一定的指导意义。     

传播波与倏逝波对全息重建影响的研究

通过分析近场声全息中传播波和倏逝波的声场分布与声源大小、辐射频率及测量距离的关系,得出了传播波和倏逝波在空间声场中的变化规律、影响因素以及两者之间的对应关系,确定了可利用的倏逝波传播距离。在此基础上,提出了一种改进的远场声全息方法：首先利用传统远场声全息方法重建声源,然后通过传播波与倏逝波的关系,得出声源面上相应的倏逝波成分,两者叠加获取接近于近场声全息的重建结果。最后,通过仿真和实验验证了这一结果。     

水下稳态涡流场声传播的数值模拟和实验研究

声波穿过涡流场时声传播特性会发生改变,可由此判断涡流场的存在及其特征参数。文章首先推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟。然后开展水池超声传感器实验,采用现代计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真方法获取涡流场参数。最后将通过涡流场声信号的时延结果,与实验测量值进行对比分析。结果表明,对于涡核半径为30 mm,最大切向速度为1.2 m·s^-1的涡流场,数值模拟误差小于10%,验证了基于射线声学的水下稳态涡流场声传播数值模拟的有效性。     

基于Argo资料的深海温跃层对水声传播的影响分析与仿真

利用Argo网格化数据分析日本以南小范围海区内的温跃层时空特征,其主跃层和季节性跃层的双跃层结构明显。依此利用UMPE(University of Miami Parabolic Equation)抛物方程模型分析与仿真深海温跃层及其季节变化对水声场的影响。分析发现:相似系数为1的两个声速剖面的传播损失几乎完全相同;夏季声源较浅时,会在以声源为中心小直径圆形区域内形成声影区;声源深度相对于跃层越大,跃层对水声场的影响越小;高频较低频受跃层影响更大。     

哈特曼发声器的声学特性研究

采用FW-H声模拟法,研究了谐振腔长度、喷流间距、谐振腔直径和入口气压等对哈特曼发声器声学性能的影响。得出如下结论:哈特曼发声器的发声基频大小与谐振腔长度成反比;总声压级随谐振腔长度增大而增大;总声压级随喷流间距变化作震荡变化,且变化周期随着谐振腔直径的增大而增大;谐振腔直径大,产生的声压级也高;入口气压增大,总声压级增大,但对基频的影响不大。该结论对哈特曼发声器的应用具有重要的指导意义。     

空中声源的水下声预警研究

研究了水下潜艇对空中反潜飞机的警戒和探测问题。针对潜艇和反潜机对抗中的信息不对称性,建立了空中声源航行的多普勒效应和水下声传播模型,提出了基于时延估计的空中声源水下检测方法,对增强潜艇预警空中声源的能力进行了探讨。这对于潜艇今后增强预警空中声源的能力,改善潜艇和反潜飞机对抗中的不对称性具有指导意义。     

海面波浪起伏对声传播的影响

位于南海某海域同一传播路径上,在2004年和2005年分别进行的两次声传播实验,两次实验中的设备、过程和方法都相同,水文变化也不大,但实验得到的传播损失相差却很大。通过对实验数据的分析表明,两次实验的传播损失差异是由于海面波浪起伏引起的。利用第一次实验数据,考虑海面波浪起伏后反演得到的海底吸收系数可以较好地解释另一次的声传播损失。因此,可以以为浅海海面波浪起伏对声传播的影响很大,在进行水下声传播规律的研究或地声参数反演研究时,应当充分考虑海面波浪起伏的影响。     

不同媒介中的参量阵近场声场研究

在众多描述非线性声波传播的理论模型中,KZK方程能够准确地描述有限振幅声波传播的衍射、吸收及非线性效应,对求解参量阵近场声场有着明显的优势,因而成为描述非线性声场最为精确的方程之一。从KZK方程的频域求解出发,利用二阶对角隐式龙哥库塔法(second-order Diagonal Implicit Runge-Kutta,DIRK2)和Crank-Nicolson有限差分法(Crank-Nicolson Finite Difference,CNFD)相结合的有限差分算法,对在不同媒介中传播的参量阵近场声场特性进行研究,旨在对参量阵能量累积过程有进一步的理解,为参量阵转换效率的提高提供初步的探索,为参量阵的进一步工程应用提供相应的理论指导。     

以简正波解为初始场的抛物方程算法应用于深海声传播预报

在深海中,环境参数不仅在深度上起伏变化,在水平方向上也会因内波、涡旋、锋面、洋流等现象而发生变化。对于深海声传播的预报,仍是一个值得进一步探讨的问题。简正波方法具有物理意义明确、但仅适用于水平方向环境参数不变的波导的特点,而抛物方程方法能够便捷地处理与深度、距离有关的声速、地形等环境,但其解缺乏清晰的物理意义。采用简正波解为抛物方程法的初始场,利用Ram随距离逐步递推的数值方法计算整个海域的声能量,计算存在涡旋等复杂海洋环境下的声传播特点。结果表明,该方法不仅可以计算各种环境条件下的各阶简正波的传播特点以及能量变化,而且便于深入地分析深海环境中各阶简正波的耦合特点与能量变化,计算效率大大提高且具有很高的准确性。可以作为浅海和深海中高、低频传播的通用模型。     

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。     

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。