层状含气泡非饱和多孔介质的声反射与声透射

为了得到声波从水入射到含气泡非饱和多孔介质层的反射和透射规律,气泡对多孔介质声学特性的影响以及层状固体介质对声波的反射和透射一直是水声领域重要的研究课题。分析了基于气泡振动修正的Biot波动方程和弹性模量,将介质层中三种透射波的平面波解代入修正后的Biot波动方程,通过分析平面波垂直入射的边界条件推导了声波的反射系数和透射系数。数值分析表明,气泡的大小、含量以及介质层的厚度是影响声波在层状多孔介质声学特性的重要因素。当入射声波频率很低时,介质层尺度相比波长而言很小,呈现很好的透声性能;声波频率很高时,波长很小,透射系数和反射系数都呈现振荡趋势;而当声波频率在气泡共振频率附近时,气泡的共振引发层状多孔介质的高衰减,使得声波很难穿透。     

浅海均匀海水障碍物后的声传播损失计算

利用惠更斯原理和虚源方法建立了均匀海水中障碍物后声传播损失的计算模型,并用虚源方法对模型进行了数值实验验证。该模型在计算均匀海水中障碍物后的传播损失时,考虑了声波的衍射效应,得到了较为满意的结果。     

完全湍流剪切层对圆柱涡激振动特性的影响

为研究完全湍流剪切层(2×10~4~4×10~4Re1×10~5~2×10~5)下雷诺数对涡激振动动态响应的影响,在OpenFOAM平台下采用有限体积法求解雷诺平均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras一方程湍流模型,采用二阶范德波尔方程描述二维圆柱体涡激振动,对完全湍流剪切层下的圆柱绕流涡激振动进行数值计算,分析涡激振动的振幅、频率特性,并在Williamson-Roshko(W-R)图谱中分析旋涡尾迹脱落模式.结果表明:在相同折减速度下提升雷诺数时,圆柱振幅会显著增大,最大振动振幅值高于自由剪切层过渡旋涡区结果及修正Griffin图谱结果.雷诺数对提高圆柱的涡激振动振幅和同步区的范围具有决定性作用,在完全湍流剪切层中,当提升阻尼参数(α≥0.38)时,涡激振动的上部分支消失,振动频率出现"阶跃".     

正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100～400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.     

大振幅波非线性传播的频率特性

为研究大振幅波在介质中非线性传播的频域能量变化问题,采用频谱分解方法对单频及多频大振幅的传播规律进行了分析.对不同形式的单频大振幅波传播过程中的基频波能量变化及谐波幅度增长情况进行了比较;同时分析了多频大振幅波非线性传播过程中,各频率声波相互作用情况,通过仿真研究了影响基频波能量变化的因素,其中高频波频率是影响基频波能量变化的主要因素,并通过谱分解方法得到了多频大振幅球面波和柱面波的非线性传播规律.     

同质位错缺陷二维声子晶体带隙结构及传导模的研究

为了研究声子晶体因缺陷而产生的声波导问题,提出了同质位错缺陷模型.以二维铝圆柱/空气体系正方格子声子晶体为研究对象,采用平面波法结合超元胞的方法研究了声子晶体同质位错结的传导模.结果表明,横向位错效应与线缺陷相似,它可以使处于禁带频率范围内的声波沿位错通道进行传播,形成声波导;纵向位错效应由于其对称性而类似于点缺陷,界面两边3个最接近的"格子"形成腔,因而能够产生局域模.横向位错距离和纵向位错距离的大小将影响传导模的位置和数量.     

三角形通道内对称三角翼的脉动传热特性

该文研究了三角形管道内加入对称三角翼扰流元件在脉动流作用下的对流换热特性,工质是体积分数为1%的Water-SiO₂纳米流体,雷诺数为500~1 600,利用CFD软件进行数值仿真。结果表明,当雷诺数和振幅定常时,即当雷诺数为1 500,振幅为0.75时,脉动流作用下存在强化与弱化换热的临界频率约为1 Hz。当临界频率大于1 Hz时,强化换热,反之则会弱化换热。当频率为10 Hz时,换热最大增强了3%;当频率为0.001 Hz时,换热最大弱化了5%。同时利用场协同原理研究了传热机理,结果表明场协同角越小,换热效果越好,并且距离三角翼片下游越近,场协同角越小。当振幅为0.75,频率为10 Hz,雷诺数为1 500时在一个周期内的平均场协同角最小,换热效果最好。     

双水翼耦合振荡捕获潮流能系统2维数值模拟

提出了一种双水翼耦合振荡捕获潮流能的系统,该系统在河床及浅海具有良好的适应性。建立了相应系统的数学模型及网格模型,将域动网格策略用在滑移交界面内部流体域,利用Fluent求解绕2维双振荡翼流动的数值模型。研究了折算频率、俯仰振幅及雷诺数对NACA0015型双水翼水动力特性及捕获潮流能性能的影响,以及在不同运动参数下水翼的升阻力、俯仰力矩、功率系数的变化规律。结果表明,振荡水翼的折算频率、俯仰振幅和雷诺数会影响水翼边界层的分离及周围漩涡的产生和脱落,继而影响振荡翼的升阻力特性和俯仰力矩特性。折算频率与俯仰振幅对振荡水翼系统的捕能效果有较大影响。当水翼的振荡频率为0.28、俯仰振幅为75°、雷诺数为5×10⁵时双水翼耦合振荡捕获潮流能系统的水动力和捕能性能较好,捕能效率可达40%。     

圆管层流脉动流动的数值模拟

为研究圆管层流脉动流动特性,建立了二维非稳态轴对称模型,对壁温恒定、入口速度周期性变化的流体进行数值模拟.分析了速度振幅和频率对层流流动的影响,得到了频率和振幅对压力、温度、壁面摩擦系数影响的规律.研究表明:脉动流动时,压力、温度、壁面摩擦系数围绕相同Re下稳态流动时的数值波动;压力与速度之间存在相位差;压力、壁面摩擦系数的波动与速度振幅和频率成正比;温度的波动与速度振幅成正比,与频率呈反比;当流体脉动的频率和振幅足够大时,会在近壁面处出现回流,并且出现回流的时间会随着频率和振幅的增大而增长.     

共线声光效应中模式转换效率的理论分析

利用多层结构声表面波的精确模型对决定衍射光栅常数的声表面波传播特性进行了研究,其衍射光栅可使波导中导模向漏模转换,这一现象可用耦合模理论解释。模式转换效率可化作声波频率、声光作用长度、波导厚度和声波功率密度的函数,并利用数值计算得出结果。     

LS-DYNA软件开展爆炸冲击波计算时需考虑的问题

针对LS-DYNA软件模拟空气中爆炸冲击波的传播过程时边界条件设置对计算结果的影响,验证了采用部分建模的方法对具有对称性的模型进行数值模拟的可行性;研究了无反射边界面对冲击波超压值的影响;提出把计算区域厚度与炸药厚度之比d作为判断三维模拟时模型厚度合理性的标准,并指出在进行冲击波三维数值模拟时d应大于2。     

胶结良好的套管刻度井中点声源激发的声场

为研究套管刻度井中模拟地层有限、第一和第二界面都胶结良好时井孔声场的传播特点 ,采用实轴积分法计算了该模型井中由对称轴上的点状声源在不同中心频率、不同源距下激发的全波列 ,分析了刻度井几何尺寸、介质特性以及不同的外边界吸声材料对井孔声场的影响 .数值模拟结果表明 :源距为 1.0～ 1.5m及声源中心频率为 15～ 2 0kHz时 ,只有当模拟地层的半径大于 1.5m时 ,模拟井中的主要波列才不受最外层边界的影响 ,当最外层边界半径小于 1.0m时 ,边界的影响不容忽略 ,这影响程度还取决于最外层介质与模拟地层的波阻抗差别大小及模拟地层的吸收特性     

基于并行传输网络模型的声学参数测量仪器

报道一种新开发的基于电-声/声-电转换传输网络模型的声学测量仪器。该系统的物理模型由一系列并联等效电路组成,可用来更为准确地描述实际声学测量过程。当声波换能器被包含有多个频率分量的信号子波激励时,并联网络中的每一个等效电路将具有自己独特的辐射阻和辐射质量,且每个频率分量将独立地作用于对应等效电路的电学端/力学端。力学端/电学端的累积输出就是声换能器输出的声/电信号子波。该系统在理论上考虑了换能器的电-声/声-电转换、驱动电压信号子波和传播介质特性对测量的声信号的影响,其物理实现采用高分辨率、高采样率数据采集和虚拟仪器技术,使该系统可以保证声信号的精确测量和处理。作为声学测量中的一个应用实例,用薄球壳压电换能器的瞬态响应模型对系统的功能进行了测试。实验测量结果与理论计算基本相符,且具有较高的测量精度。     

液体密度变化的非接触法监控

平面声波垂直入射于介质分界面上时,其振幅的反射系数和透射系数会因界面两边介质声阻的差异而改变。根据这一原理,将探头垂直安放于容器壁外表面,测量容器壁内表面的反射声振幅,可以测量容器中液体的声阻,从而达到测量液体密度,实现液体密度(浓度)变化自动控制的目的。     

有限潜深圆柱壳低频矢量声场特性分析

为解决复杂结构水下矢量声场预报问题,本文基于单元辐射叠加法,结合镜像法建立了有限潜深圆柱壳的声场修正模型,结合具体算例分析了有限潜深圆柱壳低频辐射声场分布特性和传播特性。研究结果表明,单元辐射叠加法与传统边界元法计算得到的结构远场辐射噪声结果具有良好的一致性;受自由液面影响,圆柱壳的辐射声场有深度方向上的波动特性;对声场矢量信息的研究显示,在远离圆柱壳的声场中,声能量更多地沿水平方向传播;在远距离固定场点辐射声压及振速随浸没深度变化的曲线上,峰值间距与介质声波波长之比是定值,不随频率变化。研究结论可为结构辐射声预报、噪声控制及噪声测量等工作提供理论依据和有用的先验信息。     

振动工况下船舶管道中冰晶流动特性

极地船舶航行中,针对船舶海水冷却系统管内冰堵问题,本文基于CFD数值模拟方法,采用欧拉-欧拉双流体模型研究振动对水平直管中海水-冰晶两相流流动特性的影响,分析不同振幅、振动频率工况下水平直管内冰晶颗粒体积分布及流动压降的变化.通过实验与仿真分析,在振动频率为20 Hz条件下,直管进出口压降随振幅从0增大到1.2 mm,...     

含气泡水介质中的声传播

基于Twersky理论,在计入气泡声吸收作用的同时,就气泡空间分布的相关性对含气泡水介质中声传播特性的影响进行了讨论。结果表阴：当考虑含气泡水介质中气泡空间分布的相关性时,声衰减系数的峰值后移且其峰值较忽略此相关性时的峰值低平;随着气泡体积分数的增大,气泡空间分布的相关性增强,气泡的谐振频率增大、谐振时的声散射幅值减小。     

线性化欧拉拟特征方程模拟圆柱绕流声场方法

为模拟圆柱气动噪声的辐射特性,本文利用大涡模拟方法计算了马赫数0. 4时圆柱气动力脉动,建立了紧致点声源模型,采用高精度有限差分格式求解了均匀流声学线性欧拉方程(Linearized Euler Equation,LEE),数值模拟了考虑和不考虑对流效应时声波的传播,分析了声波的辐射和衰减特性。仿真结果与声压解析值和大涡模拟直接计算结果基本一致,证明了线性欧拉方程方法对模拟Ma=0. 4时圆柱气动噪声的适用性和可靠性;对流效应对噪声传播的影响不可忽视,对上、下游声压有明显的放大、缩小作用,使声波传播方向偏转了约21°;声压与声源距离的1/2次方成反比,与理论一致,对流状态下要考虑多普勒因子修正。     

低速带对瑞雷波振幅变化特征的影响研究

在地震勘探中,地球表面往往存在一个低速覆盖层,为了研究在理想条件下传播和有低速覆盖层时传播的振幅变化特性,从瑞雷波的基本性质出发展开公式推导,得出瑞雷波的速度方程和位移方程,然后对模型进行地球物理参数赋值,最后进行数值试算,画出瑞雷波的频散曲线和振幅曲线。根据频散曲线和振幅曲线研究不同模型因素影响下的瑞雷波的速度特征和振幅特征变化,进而由此综合分析推断出瑞雷波在非理想自由界面条件下的瑞雷波性质和瑞雷波振幅随低速覆盖层不同参数的变化曲线。通过数值计算可以得出瑞雷波在有低速带的时候会发生频散现象,振幅会随深度的增加发生衰减,而且频率越高,衰减的速度越快,当低速层越厚,衰减速度会更快,而当横波速度变大,会减缓衰减速度。     

声源对浅海地震波传播特性的影响研究

为提升水雷的探测能力,利用浅海地震波识别水下目标声源,研究声源高度和频率对浅海地震波的影响。采用交错网格有限差分方法对波动方程进行离散求解,实现不同高度和不同频率声源形成的浅海地震波在砂岩介质中传播过程的仿真模拟,并利用f-k频散能量提取方法,获得浅海地震波的频散能量图。结果表明：声源高度和频率均会影响浅海地震波的传播特性,但对其波速、频率集中范围和极化特性影响较小,Scholte波稳定的波速为1 088 m/s, Scholte波振幅的频率范围在5～30 Hz之间;随着声源高度和频率的增加,形成的Scholte波在水下界面信号减弱。研究结果可为水雷引信的研制提供理论依据。