二维平板内驻波声流对传热的影响

利用时空守恒元解元(CE/SE)算法求解二维无量纲非稳态可压缩Navier-Stokes方程,将CE/SE算法应用于二维平板内驻波声流的计算,对求解出的流场与理论近似解作对比分析,在此基础上通过对比自然对流换热来研究驻波声流对二维平板内对流换热的影响。分析结果,CE/SE算法能很好的计算出声流流场,计算得到的声流流场与理论近似解相吻合,同时得到了声流流场下的温度场。结果表明了驻波声流能明显的加快对流换热,有效的降低流场中的热量。     

圆柱绕流的三维数值模拟

利用计算流体力学软件CFX－4,对粘性不可压缩流体的圆柱绕流进行了三维数值模拟,采用有限体积法和SIMPLE计算程式,利用不可压缩Navier-Stokes方程,模拟雷诺数在亚临界区内的绕流流动,并计算了流体的水动力特性。为克服数值模拟高雷诺数时的数值不稳定性,计算中采用了QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度,圆柱两端边界采用周期性边界条件。计算结果表明,高雷诺数时圆柱周围的流动具有明显的三维特性,且沿柱长方向不同断面的升力和阻力系数并不相同。同时,对圆柱绕流进行了二维数值模拟,并与三维数值结果进行比较,发现三维模拟的升力和阻力系数均小于二维模拟。     

板状梁结构流致振动及其稳定性

主要研究了受非线性支承的板状梁结构的流致振动问题。采用二维不可压缩粘性流体模型，建立了板状梁运动的偏微分方程，并应用Galerkin方法把此偏微分方程转化成了常微分方程；以流体流速作为变化参数，运用稳定性理论分析了平衡点附近定常解的稳定性问题；应用WATLAB软件对该方程进行了数值模拟，其结果与理论分析所求得的临界流速数值完全一致；最后分析了不同运动初值对临界流速时振动的影响。     

板状梁结构流致振动及其稳定性

主要研究了受非线性支承的板状梁结构的流致振动问题.采用二维不可压缩粘性流体模型,建立了板状梁运动的偏微分方程,并应用Galerkin方法把此偏微分方程转化成了常微分方程;以流体流速作为变化参数,运用稳定性理论分析了平衡点附近定常解的稳定性问题;应用WATLAB软件对该方程进行了数值模拟,其结果与理论分析所求得的临界流速数值完全一致;最后分析了不同运动初值对临界流速时振动的影响.     

黏性流场中圆柱壳结构的振动能量流输入特性

以周向分布线力作用下,浸没在黏性流场中的无限长弹性薄圆柱壳为研究对象,分析流体黏性对黏性流场-圆柱壳耦合系统的振动能量流输入的影响规律,考虑周向分布线力作用下,薄圆柱壳壳体与由有黏、可压缩流体组成的流场之间的相互作用.首先采用Flügge薄壳理论分析壳体结构振动,然后把线性化的连续性方程、线性处理后的纳维-斯托克斯方程和小振幅波动下的状态方程结合起来得到了黏性流场中的声波波动方程,进而根据声场与圆柱壳外表面的运动协调条件推导得到耦合系统的声振耦合方程,提出了相应的数值计算方法,并与理想流体中的特性作了对比,研究了流体黏性对黏性流场-圆柱壳耦合系统的振动能量流输入的影响规律,为水下结构的减震降噪提供理论依据.     

CE/SE方法在气动噪声研究中的应用

应用时空守恒元解元方法求解二维Navier-Stokes方程,将CE/SE方法应用于气动噪声的计算中,分别对低速流动的圆柱绕流及门式空腔的近场噪声问题进行了数值模拟。分析结果,流场解很好反应了流场的形态,得到的频率及声压级(SPL)分别与其它文献结果和实验结果吻合较好。结果表明了将CE/SE方法应用于声场模拟中的可行性。     

一类双曲守恒方程组的时空守恒元解元法

本文采用时空守恒元解元法对为预测气井中的压强温度而建立的一类双曲守恒方程组进行求解.通过对一口井的数值模拟实验表明,此法相对龙格库塔解法和LxF解法其计算结果更接近真实值,具有更高计算精度.     

声道中气动声学问题的光滑粒子动力学模拟

在人体发音过程仿真中,考虑声道边界的动态变化以及气流的流动,可以更加准确、真实地模拟声波在声道中的传播。在处理带有移动边界的气动声学问题时,相比传统声道声学研究中广泛应用的网格方法,无网格方法可以避免网格重构、网格畸变等。基于Euler体系下的气动声学波动方程,推导了Lagrange体系下声波传播的控制方程,并建立了无网格光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法的数值离散格式。通过对比静止流体中声传播问题的SPH解和时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)解,验证了SPH方法在声学计算中的准确性和可靠性。对于一维和二维流动流体中的声传播问题,通过与基于Doppler效应的理论解对比,阐明了利用SPH方法求解复杂气动声学问题的可行性。     

进出流边界条件对二维后台阶流动影响的研究

用有限元方法对不可压缩流体沿二维后台阶流动的流函数－涡量式进行数值计算。讨论了进出流边界条件的改变对流动所产生的影响,证明不仅出流边界条件对后台阶流动进行正确模拟有影响,而且进流边界条件对后台阶流动进行正确模拟的影响更大。     

二阶微小项声波动方程的同伦分析近似解

由于声波在大气中的传播复杂性,数值模拟方法被广泛采用,但其不能给出解析解的表达式,且其精度有限.文章利用同伦分析方法求解二阶微小项声波动方程的近似解,该方程可以描述声波在大气中传播时的衰减和非线性效应.首先,引入包含衰减项的初始近似解,利用同伦分析方法迭代公式求得一次、二次近似解以及三阶近似解;之后利用Monin-Obukhov相似理论得到的多云、有风的夜晚天气条件下的声速剖面、风速剖面、温度剖面,并对近似解进行了空间数值模拟.结果表明,由于非线性和衰减效应,近似解波形发生了畸变,且声压随着传播距离的增加而减小,因此对研究大气中的声波传播特性具有重要意义.     

多孔泡沫材料的声吸收特性

为了结合泡沫金属兼有的高吸声和高热传导两种特性以进一步提高其吸声性能,回顾了泡沫金属材料的应用和声学建模;通过对泡沫金属和用于制造泡沫金属的高分子基体材料的实验,比较了作者提出的声波通过泡沫金属传播的3种黏滞模型的预测结果,表明所有模型在泡沫金属典型胞元尺寸所对应的低雷诺数范围内是有效的(假定声波为线性,幅值低于160 dB).第一种模型考虑了声波沿平行于刚性圆柱束轴线方向传播时所受到的空气曳力,第二种模型考虑了声波沿垂直于刚性圆柱束轴线方向的传播,第三种模型考虑了声波通过球形节点的传播.结合这3种模型,提出了一种泡沫金属声学性能的综合模型,可以用来预测泡沫金属的声吸收特性.此外,还介绍了一种用于泡沫金属材料基本声传播特性实验的后处理技术.     

基于人工梯度结构的声传输特性分析

为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,使其在声通信、声探测及声波低损耗定向传输等方面提供新思路,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型人工梯度结构中的传播特性。仿真结果表明:在波平面经过一系列的低传输后,所设计模型吸收了大多数的入射声波,与此同时,在模型的另一侧,声波重新在出射声波处汇聚出了一个全新的焦点。此外,越接近共振频率,声波的传输特性便相对越好,由于人工声学结构具有设计灵活性及可调控性,因此在实际应用中可以根据具体情况进行结构的设计,使其满足传输声波信号所需的共振频率,以此提高声波传输效率,为实际水下声源探测、声波通信等提供新思路。     

多孔介质声波传播

基于二维有限差分给出了Ｂｉｏｔ声波方程的一种数值解方法，模拟了声波在多孔介质中的传播。研究发现，骨架和粘滞性孔隙流体中，同时存在两种纵波，即快纵波和慢纵波，两种纵波骨架振动势函数与流体相对骨架振动势函数相不同，幅度也不同；但具有相同的传播速度，粘滞性和渗透率主要影响能量传播；孔隙度和骨架弹性参数主要影响波速；慢纵波和界面波的存在是地震波能量损失的重要原因。     

输气管道泄漏音波信号传播特性及预测模型

输气管道泄漏音波在管内传播过程中发生衰减,在安装音波传感器前必须明确管内音波信号的传播距离。综合考虑介质黏滞吸收和热传导作用及特殊管件(弯管、分支及变径管)的吸收作用,建立泄漏音波在管内传播模型。利用改进的小波分析法对泄漏音波信号时频域特征进行分析,模拟分析不同特殊管件对音波传播的影响,并利用高压泄漏试验装置对建立的传播模型进行验证。结果表明:泄漏音波在管内以平面波形式传播,泄漏信号幅值能量占优的频带主要集中在0～0.366 Hz及2.93～46.88 Hz内,直管和弯管对音波衰减影响较小,只有分支和变径(变径流量计、阀门)对音波传播影响较大;得到的拟合音波吸收系数与理论吸收系数吻合较好,模型计算结果较为准确,可提高音波泄漏检测的准确性。     

低速湍流中气动噪声预测方法

 为了研究气动噪声的产生机理和传播过程,在考虑介质黏性的影响情况下,采用分解法并结合湍流模型,对低速湍流流动中气动噪声问题在时域上进行数值计算。基于非结构化同位网格和有限体积法,把可压缩N-S方程分解成不可压N-S方程、含黏性项的声扰动方程;为了考虑质点振速和声压耦合,采用SimpleC算法来同步求解不可压N-S方程和声扰动方程。进出口远场边界采用以渐近解为基础的无反射边界条件,并采用与内部区域相对应的有限体积法、时间隐式格式对其进行求解。利用所编制的程序进行层流状态下圆柱绕流气动噪声仿真验证,并与文献结果进行对比,检验本方法的正确性;并结合湍流模型将数值解法推广到湍流状态下气动噪声数值模拟中。结果表明该方法能够很好地反映流场和声场的形态,无反射边界能很好地抑制声波在边界处的反射,适合低速流气动噪声问题模拟,为实际工程中的降噪工作提供预测信息。     

充粘滞流体的裸眼井中弹性波的传播

本文分析了在圆膜声源激励下充粘滞可压缩流体的裸眼井中的声场。在小扰动条件下,导出了粘滞流体的压缩波和切变波的波动方程,并求出了解析解。结果表明声波的波幅衰减指数与声源频率的平方和粘滞系数成正比,与声波的相速成反比。     

阵列声波接收换能器的隔声及防震设计

随着多极子阵列声波测井仪在各油田的广泛应用,阵列声波测井仪器在设计时不但要考虑机械结构的稳定性,更要考虑声波的隔声效果,避免声波沿着机体及个连接部分传播.用一维声波传播模型给出了一种隔声设计方法,对接收换能器阵列整体隔声以及各个换能器之间的隔声特征进行了分析,给出了隔声效果比较好的设计.     

基于声全息的超透镜成像改进方法研究

针对空间Fourier变换的倏逝波近场声全息研究方法存在的缺陷,提出了在近场用声学超透镜代替离散分布在全息面上的声传感器的改进方法。先将声源信息汇聚于一点,再用声压传感器在聚焦点采集声源信息,实现声源识别、定位以及重建,从而有效地避免因离散采集而带来的"窗效应"和"卷绕误差"。建立物理模型,运用COMSOL软件模拟仿真,得到入射波与透镜汇聚声波的能量值比值接近1,成像效果良好,应用前景广阔。     

三角阵列超材料的声传播特性

为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型声子晶体中的传播特性,给出了二维三组元局域共振型声子晶体的振动机制,并以原胞为基础构建了三角形阵列的声学超材料模型,探究声波与该模型内原胞间的局域共振特性。仿真结果表明,从三角阵列模型底边入射的平面点状及线状激励声源在受到模型的调控后都会重新在顶角处汇聚成焦点;通过入射由三角阵列构成的矩形模型能实现点源的低损耗搬移效果;将两至三个相同的三角阵列组合成平行四边形和梯形模型后会产生平面声波的变向传输。模拟结果显示,此种以原胞为基础的三角形声学超材料阵列模型,在共振频率下会产生反常声学现象,并且随着模型构造的改变,其共振特性也会随之变化,产生不同的反常声学现象。研究结果可为声隐身、声探测及声波低损耗定向传输等研究提供新思路。