水中刚性柱在高斯声场中的声辐射力特性

以声波理论为基础,在圆柱的中心点将高斯声波用柱函数展开,计算入射高斯声波的展开系数,求解在高斯声场中柱形粒子所受声辐射力的表达式.通过数值仿真研究了频率、波束宽度、柱形粒子偏离高斯波束中心的距离等参数对声辐射力的影响.仿真结果表明:在ka1的情况下,当柱形粒子沿x轴的正方向偏离波束中心时,所受的声辐射力为负值,当柱形粒子沿x轴的负方向偏离波束中心时,所受的声辐射力为正值;ka1时,粒子所受的声辐射力随着粒子位置偏离波束中心距离的增大逐渐减小,且辐射力的方向均沿x轴的正方向;随着波束宽度的增大,声辐射力的值增大,当波束宽度相对波长较大(W0=10λ)时,高斯波束声辐射力的大小接近于平面波声场的声辐射力.     

FDTD法计算刚性球形粒子离轴声辐射力

为了更精确、简便计算物体的声辐射力,应用时域有限差分算法对声波波动方程在时间和空间上进行差分离散化,通过设置有效的边界条件,完成声压场和速度场在时域上的迭代。将时域有限差分法与应力张量方程相结合,求出了二维情况下水中刚性球形粒子的声辐射力,研究了声辐射力随频率和粒子偏离高斯波束中心距离的变化关系。仿真结果表明,刚性球形粒子在高斯声场中的声辐射力随着粒子轴向偏离波束中心距离的增大而减小。当刚性球形粒子偏离波束轴时,轴向声辐射力与轴向、横向的偏移距离成反比。横向声辐射力随横向偏移距离的增加先增大后减小,在偏移波束中心两侧的距离相同时,辐射力的大小相等,方向相反。     

基于波束级数展开的粒子椭圆高斯波束散射特性

基于矢量波函数之间的正交性等,得出了任意电磁波束的零阶场和x,y,z一阶场等粒子散射场的表达式,给出了各阶入射场展开系数与散射场展开系数的通用关系,以椭圆高斯波束为例,研究了椭圆高斯波束中粒子的散射特性,通过仿真分析了波束腰宽、照射距离等对散射特性的影响,验证了本文算法的有效性;研究表明:波束腰宽可以改善粒子的识别性能,波束中的粒子具有较强的前向后向散射特性.方法简单,为研究电磁波束的粒子散射特性探索了新的途径.     

任意入射高斯波束对偏心球微粒辐射俘获力的理论分析

基于偏心球微粒对任意入射波束的散射以及离轴入射高斯波束对偏心球微粒辐射俘获力的理论研究,对高斯波束任意入射时的辐射俘获力进行了精确地计算与分析.给出了任意入射时偏心球微粒的辐射俘获力的理论表达式.理论退化到双层球微粒并与已有的理论结果进行对比,吻合很好.分析了辐射俘获力随内核半径、球心间距离、入射角度的变化关系;考虑波...     

油田开发中声波阻抗界面反射系数的变化规律

利用公式推导和模型模拟方法,对油层界面的反射系数与油层声波阻抗之间的函数关系进行研究,得出油层声波阻抗变化决定的时移地震的差异振幅和差异波形特征.结果表明:油层的声波阻抗增大,该界面对应的地震反射系数增大,反之,地震反射系数减小;油层声波阻抗变化趋势(增大或减小)决定差异波形振幅幅度变化的快慢,油层声波阻抗减小比同等数值声波阻抗增大导致差异波形振幅幅度大.实际资料的处理结果验证了上述结论的可靠性.     

阻抗边界对刚性圆柱形粒子声辐射力的影响

应用时域有限差分法建立了二维情况下水中刚性圆柱形粒子在调制高斯脉冲作用下声辐射力计算的仿真模型,研究了阻抗边界对水中刚性圆柱形粒子声辐射力的影响。仿真结果表明,低频时刚性圆柱形粒子在阻抗边界附近的声辐射力变化幅度较大,而高频时刚性圆柱形粒子的声辐射力受边界的影响较小。由于阻抗边界的影响,刚性圆柱形粒子所受的横向声辐射力随反射系数的增大而增加,轴向声辐射力随反射系数的增大而减小,声辐射力值范围处于软边界和硬边界声辐射力值之间。在刚性圆柱形粒子距离阻抗边界较近时,声辐射力受阻抗边界的影响变化幅度较大,但随着距离的增大声辐射力变化幅度减小,且最终趋于稳定。虽然不同反射系数对应的声辐射力大小不同,但受阻抗边界影响的变化趋势基本相同。     

近红外波段气溶胶粒子形状和性质对散射特性的影响

为了研究近红外波段气溶胶粒子的形状和性质对散射特性的影响,将气溶胶粒子视为非球形粒子,并用T矩阵理论对0.94 μm波段的气溶胶粒子进行了一系列计算分析.计算结果表明:进行单个气溶胶粒子的散射计算时其形状因子是不可忽视的元素,单个气溶胶粒子的散射相函数随着粒子形状的不同在前向和后向有明显变化;进行气溶胶粒子前向体散射计算时非球形粒子近似成球形粒子带来的误差较小,后向误差仍较大;气溶胶粒子性质的不同,即折射指数和数密度的不同对散射特性影响较大.     

阻抗界面附近水下刚性柱形粒子的声辐射力

利用声辐射力来操控微小粒子的技术称为声操控.声操控在材料科学、超声给药、生物物理等领域具有广泛的应用前景,是声学领域的研究热点之一.声操控的核心是对声辐射力的控制,因而对声辐射力产生机理的研究对声操控技术的发展具有重要意义.以声波理论为基础,建立了水中阻抗界面附近刚性柱形粒子声辐射力的理论计算模型,结合柱函数加性定理,推导了平面波垂直入射时,阻抗界面附近水中刚性柱形粒子声辐射力解析表达式,并对粒子位于不同位置时,阻抗边界对刚性柱形粒子声辐射力的影响进行了仿真.数值仿真结果表明,在ka值较小时,声辐射力函数受界面的影响较大,并出现负的声辐射力.在ka值较大时,声辐射力受边界的影响相对较小,随着界面反射系数的增大,声辐射力的值逐渐减小.柱形粒子距阻抗边界的距离对声辐射力有影响,随着距离的增加,辐射力出现振荡变化.改变粒子的半径,声辐射力函数出现峰值的位置也会发生改变.这项研究为界面附近粒子的声操控提供了理论基础并有助于声操控技术的改善和发展.     

离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中的传播

该文基于广义惠更斯-菲涅耳原理,利用部分相干光复曲率张量推导出了离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中传播的解析表达式,详细研究了该类光束在湍流大气中的传播特性.研究表明:离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束光斑在湍流大气中将退化为非离轴高斯圆形光斑;离轴参数与传播距离之间的关系曲线随着湍流强度的减弱、扭曲参数的增大以及光源相干性减弱变化缓慢.结果还表明,利用部分相干光复曲率张量分析各类高斯-谢尔光束在大气湍流中的传播和变换特性是一种简单有效的方法.     

充液柱形腔中球形粒子在高斯声场中的声辐射力

利用声学散射理论和Bessel函数在不同坐标系之间的变换关系式,推导了高斯波作用于充液柱形腔中球形粒子声辐射力的解析表达式;应用数值积分,计算了球形粒子在柱形腔中的声波散射系数,并对不同束腰半径的高斯波作用下球形粒子的声辐射力进行了仿真,得出了声辐射力随波数的变化曲线;最后通过改变球形粒子的半径,分析了柱形腔对不同尺寸粒子声辐射力的影响,并将其与无边界流体中球形粒子的声辐射力进行了对比.结果表明,当球形粒子位于充满流体的柱形腔中时,受柱形腔内壁声反射波的影响,刚性球的声辐射力出现明显的变化,在某些频率处,声辐射力的方向可以发生改变,在一些频率点出现了明显的共振峰值.研究结果对充液柱形腔中球形粒子的声操控具有一定的意义.     

冰晶中空气及多次散射效应对雷达探测的影响

雷达反射率因子受云中冰晶粒子空气含量以及多次散射效应的影响.首先利用Debye理论计算不同空气含量下冰晶粒子的等效介电常数,之后利用基于矩量法的FEKO软件计算了不同空气含量下的RCS,结果表明:后向散射能量会随空气含量的增大而减小.针对云中粒子多次散射对雷达探测的影响,首先利用FEKO软件研究六种相同的非球形粒子的RCS随间距的变化关系,结果表明:最小互散射值均大于不考虑多次散射效应时的RCS;为了研究粒子的空间位置对散射截面的影响,利用HFSS软件研究了两个球形粒子的散射情况,结果表明:RCS增大或减小与粒子间相对位置有关;最后利用FEKO软件计算了多个非球形粒子组成的粒子群时的互散射问题对雷达后向散射截面的影响,结果表明:多次散射效应的RCS结果小于不考虑互散射的结果,因此多次散射增大或者减少后向散射的能量主要取决于各个粒子散射回波的相位.     

球形正十二面体声源测量近场HRTF的误差

提出了球形正十二面体声源和球形头部的组合模型,利用球谐函数的多极展开和球基函数的旋转变换,得出该模型的双耳声压和近场头相关传输函数(HRTF).然后用HRTF的幅度谱误差分析球形正十二面体声源指向性和多重散射对近场HRTF测量的共同影响.结果表明:随着声源半径的减小和局部脉动单元半张角的增大,声源对近场HRTF测量的影...     

部分相干光经两个级联单缝衍射后的光谱变化及光谱开关现象

研究多色高斯-谢尔模型光束经两个单缝衍射后,其光谱变化及光谱开关现象.利用复高斯函数展开法,得到经两个单缝衍射后的衍射场中的交叉谱密度及光强表达式.通过数值计算,研究衍射场中轴上点和横截面处的光谱变化和光谱开关现象,以及相干长度对观察点光谱的影响.结果表明,对于随着传输距离的增加,轴上观察点将出现一些由"红移"到"蓝移"再到"红移"的变化过程.对于某一个横截面,轴上点的光谱变化及光谱开关现象最明显;随着观察点离轴距离的增加,光谱变化将减小.     

一种改进的高斯波束解

得出了高斯波束场的改进型表达式及其平面波谱展开,发现波束的等效传播常数ke不等于波动方程中的传播常数k,但随着传播距离的增加,等效传播常数迅速地接近于k,从工程应用的角度给出了等效传播常数的取值范围,表明文献结果是本文结果的一个特例 仿真发现高斯波束在近区传播时,其强度剧烈地随空间变化,传播波数对能量有显著的影响.     

离轴高斯涡旋光束的轨道角动量研究

由近轴光束理论,推导了离轴高斯涡旋光束在质心坐标中轨道角动量的解析表达式,在此基础上对离轴涡旋光束轨道角动量的分布及其传输进行了研究,数值研究表明,观测平面上离轴涡旋光束的轨道角动量的分布不再具备圆对称的特点,轨道角动量为0的等高线为封闭曲线,其内部区域轨道角动量数值为负,外部为正.随着传输距离的增加,远场区观测平面上轨道角动量的分布逐渐演变为近似左右对称的情形,拓扑荷数越大,演变的速度越快.另一方面,离轴距离也会影响到轨道角动量的分布,在确定的观测平面上,离轴距离越大,观测平面上轨道角动量极小值(负区域)的模值会越接近轨道角动量的极大值(正区域).该结论在研究离轴涡旋光束与微粒作用时能提供指导意见.     

托卡马克中粒子输运临界模型的研究

应用粒子输运模型来研究粒子在离轴加热时粒子分布关系,得到了粒子输运的密度分布函数与中心位置以及传输参数的情况,计算表明,在临界状态时,其粒子密度的剖面分布远离单一粒子分布状态的中心位置,剖面峰值相应地在减小,当传输参数增大时,中心粒子密度分布剖面在相应地增大.     

充液井孔内电脉冲仪声场的有限元模拟

利用有限元软件ANSYS对充液井孔内电脉冲仪声场的分布进行了数值模拟 ,计算出了井壁上不同位置以及孔眼内邻近地层处的声波波形 ,利用声波信号的幅度 (声压幅度 ) ,绘出了充液井孔内电脉冲仪的声场分布图 ,研究了电脉冲仪放电位置与射孔孔眼内邻近地层处的声波幅度间的关系。结果表明 ,沿井轴方向和井径方向上的声压幅度随着距离的增加而指数减小 ;当声源沿井轴上下移动时 ,离孔眼位置的垂直距离越大 ,孔眼内邻近地层处的声压幅度越小。这为提高电脉冲仪处理油井的效果提供了参考依据。     

充液井孔内电脉冲仪声场的有限元模拟

利用有限元软件ANSYS对充液井孔内电脉冲仪声场的分布进行了数值模拟，计算出了井壁上不同位置以及孔眼内邻近地层处的声波波形，利用声波信号的幅度(声压幅度)，绘出了充液井孔内电脉冲仪的声场分布图，研究了电脉冲仪放电位置与射孔孔眼内邻近地层处的声波幅度间的关系。结果表明，沿井轴方向和井径方向上的声压幅度随着距离的增加而指数减小；当声源沿井轴上下移动时，离孔眼位置的垂直距离越大，孔眼内邻近地层处的声压幅度越小。这为提高电脉冲仪处理油井的效果提供了参考依据。     

托卡马克中电子输运分布函数的研究

应用粒子输运的模式来研究Fokker-Planck方程求解电子分布函数的关系,得到了电子输运分布函数与扩散系数以及边缘损失的情况.计算表明:当扩散系数增大时,边缘损失,电子分布剖面都在相应的增大,在离轴加热时,其相应的剖面峰值在减小.     

离轴径向偏振高斯光束的非傍轴传输特性

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,研究了离轴径向偏振高斯光束的非傍轴传输特性,推导了离轴径向偏振高斯光束在自由空间中非傍轴传输的解析表达式,并与傍轴的情况进行了对比.研究表明:f参数、离轴系数和传输距离对径向偏振高斯光束的非傍轴传输特性有着重要的影响,而且,传输距离较远,离轴径向偏振光束的光斑向光轴靠拢,表现出较强的离轴修复能力.这些结论在多束离轴激光束进行光束合成和光束整形的研究中具有重要意义.