射流式调制声源的低频强声发射及其传播特性

为研究射流式调制声源的发射和传播特性,文中搭建了多种室外声场声压测试平台,提出具有普适性的大功率气流扬声器声压级量测方法,测试射流式调制声源的低频发射特性和传播特性。实验结果表明:(1)声发射方面,在不同海拔高度的对比试验发现,高海拔(4 000 m)地区声压级较低海拔(70 m)地区声压级下降4 dB;(2)声传播方面,在号筒的作用下低频声波在号筒附近呈现出一定的指向性;声压级在传播方向上呈现指数函数衰减形式。本研究对射流式调制声源的低频强声发射能力的技术边界和低频声波在大气中的传播规律给出定量描述。     

流动管道内噪声源辐射声场数值预估

流动管道内噪声源辐射声场问题难度很大。该文给出了经实验考核的流动管道内声源辐射声场数值预估方法,并给出了圆管外声压级指向性系数图。利用这些图和简单公式,通过测量管外一点的声压级就可确定管内声源声功率。该文数值方法采用线化Euler方程,四阶MacCormack差分格式和Tam与Webb的无反射边界条件数值预估有流动的圆管出口辐射声场,并用声强扫描仪和声级计在半消声室中测量了管内声功率及管外声压分布,数值计算和实验所得声压指向性系数符合良好,最大误差小于1dB。     

自由圆射流对声激励的非线性响应分析

声激励是控制流动和燃烧的有效手段.为研究声激励对圆射流流场的控制作用,采用大涡模拟方法计算了不同频率的声激励下的圆射流流场(Re=2020),分析了流场对声激励的非线性响应过程.对涡量和Q函数的分析表明流场拟序结构的变化与激励频率有关.通过传递函数分析及脉动速度的分解,揭示出扰动波在流场中有三种传播模式,即对流传播模式、声波—对流混合传播模式和声波传播模式,与实验结果符合较好.通过分析速度功率谱(PSD)在空间的分布,反映出激励引起湍流能量在频率空间的重新分配.研究表明,射流响应对激励频率的选择特性不仅表现在流场结构的变化,还与扰动波的传播模式密切相关.当激励频率在射流优势频率附近时,扰动波以对流模式传播,流场结构及能量在频域的分布都发生明显变化.     

强驻波声场中脉动速度特性

利用激光多普勒测速仪对管内空气强驻波声场中脉动速度特性进行了测量.实验结果表明:强声场对流场有很强的调制作用,使流场产生了与声波同频率的周期性脉动,且脉动幅度随着声场强度的增加而增大.管内声场强度不大时,实验值与理论值吻合较好;声场强度超过160dB后,出现了声湍流现象,实验测量值与理论计算值之间存在明显的偏差.当管内压力波幅处声场强度达到164 dB时,距离反射板130 mm位置处(sin kx=0.67)湍流脉动速度均方根值为3.50 m/s,达到了该位置处脉动速度幅值的45%,表明强驻波场声湍流脉动非常剧烈.     

测振求声技术初探

本文以脉动半球声源和固定圆板的一阶振型假设为基本物理模型,导出了不同频率下的振——声转换公式,由此求出振动板上某一点处的界面声压级.然后根据平均界面声压级及空间某点的坐标,求出振动板在空间声场中该点的声压级.     

圆管内旋转点声源声学频域分析

在任意运动点声源声辐射频域解的基础上，利用无限长圆环管道的格林函数推导了旋转点声源在圆管内空间任一点处的声压计算公式，讨论了单板子点声源作旋转运动时的声场分布规律和声场方向性特征，研究了源频率、旋转频率和流动马赫数等对声场声学结构的影响．研究结果表明：声场分布具有很强的空间指向性；源频率和旋转频率的变化将伴随着多普勒效应出现；在点源的上、下游，各频率的声压幅值基本对称；来流马赫数的大小对声场有影响，会使某些频率的声辐射出现尖锐的峰值，因此要避免点声源在某些流动马赫数下旋转．     

高速公路隧道内噪声声场分布特性

针对某高速公路隧道,把隧道壁及路面设置为全反射边界条件,以点声源作为基本噪声源建立了足尺有限元分析模型。利用LMS Virtual Lab软件对模型进行有限元分析,对隧道内声传播介质——空气进行声传播计算,研究了点声源条件下隧道内声场的分布特性及声源频率和位置对声场分布的影响。研究结果表明:公路隧道内噪声主要分为两大区域分布,贴近界面呈明显的规律性声压叠加与消减的声场紊乱区及远离界面的声场稳定区。声源频率从250Hz逐步增加到1 000Hz时,紊乱区的范围由距离隧道壁2.3m以内范围向0.7m以内递减;声源位置不同时,仅影响到声源附近5m范围内的声场,隧道内整体声场仍符合前述分布规律。参数分析表明隧道内噪声场主要分为平均声压级较高的紊乱区和较低的稳定区两大区域,声源频率会影响两区域分布范围,声源位置仅能影响声源附近小范围声场分布,对隧道整体声场影响不大。     

汽车风洞非均匀声场偏移导致纯音幅值变化

从非均匀声场偏移角度研究汽车风洞流场外测量得到纯音信号声幅值伴随风速大幅变化的机理。以汽车表面可控声源为试验研究对象进行风洞试验,通过传声器获得不同风速下纯音声压级波动幅度,并使用传声器阵列观察到声场的非均匀分布。基于点声源干涉理论模拟重构了非均匀声场,参数化分析了各个反射壁面影响。根据几何声学理论推导剪切层折射产生的声场偏移,较为准确地预测了不同试验风速下纯音幅值变化的趋势。结果证明干涉产生非均匀声场经剪切层折射后偏移是风洞纯音幅值波动的根本原因,使用该声场重构方法能有效减小误差。     

基于FWH方程的V型尾缘气动声学数值模拟

本文基于Navier-Stokes方程组对V型尾缘喷口喷流的外流场进行非定常数值模拟,利用流场模拟结果使用FWH方程计算V型尾缘喷口远声场气动声学分布。首先通过与实验进行对比验证该计算方法,后计算得到V型尾缘喷口远声场总声压级大小及指向性分布,从而对V型尾缘喷口的降噪性能有了进一步认识,通过对比找出了较为理想的V型尾缘喷口形式,为今后的实际运用打下一定基础。     

汽车前侧窗表面压力激励及其源分析

汽车前侧窗表面的压力激励是前侧窗区域非定常流动和气动噪声的重要体现指标.这一区域复杂的非定常流动产生更大尺度范围的涡结构,从而导致前侧窗表面复杂的非定常压力激励.本文通过基于声学扰动量方程组(APE)的混合计算气动声学(CAA)方法分别获得汽车前侧窗表面的湍流压力激励和声学压力激励.引入动力学模态分解(DMD)对前侧窗表面的压力激励进行分析,指出湍流压力激励基于频率的区域分布特征和声学压力激励辐射声场特征.讨论了湍流压力激励、声学压力激励以及不同的激励源对车内噪声的相对贡献量. DMD识别的前侧窗表面主要的湍流压力激励是由后视镜尾迹的脱落涡产生的,其特征频率为59 Hz,与试验测量结果一致,验证了湍流压力激励计算结果的有效性.通过对比前侧窗区域空间截面上相同频率的湍流压力和声学压力的DMD模态,识别出前侧窗区域主要的声源位置,一个位于后视镜基座处,由这一区域的后视镜基座涡的涡对流产生.另一个位于后视镜镜体的下缘,由这一区域的分离涡产生.后者由风洞试验中的传声器阵列识别出来,验证了声学场计算结果的有效性.     

基于剪切层扇形分层模型的射流声传播分析

通过计算流体力学建立一种扇形分层剪切层速度模型,并以此为基础用几何声学方法推导整个射流结构的声传播模型.以实际开口式风洞为研究对象,用数值仿真给出射流结构速度分布.建立速度随角度均匀变化的扇形分层剪切层速度模型.用声折射理论推导不同速度层之间的声传播.以声漂移量为指标对射流声传播模型进行声学风洞试验验证,证明本模型对声漂移量的预测精度更高,在高风速、剪切层较厚的情况下,优势尤为明显.     

潜艇涡量场和流噪声等效声中心的数值预报

为了实现潜艇湍流噪声及其等效声中心的数值预报,在分析SUBOFF潜艇拖曳和自航状态下涡量场的基础上,采用大涡模拟与声学边界元相结合的方法,在频域内预报了流噪声空间分布、测点谱源级曲线和声指向性,求取了等效声中心位置并分析了其受螺旋桨旋转作用的影响.计算结果表明：附体与艇体结合部马蹄涡和附体端面诱导项链形涡对是潜艇涡量场的主要特征,且马蹄涡系具有较高的强度和稳定性;附体尾涡脱落频率存在19.22Hz的线谱,且在尾涡测点谱曲线中得到明确体现;随着频率增加,流噪声蝶形指向性对应的辐射瓣状区间数随波数增加,且正横方向声压要强于首尾方向;流噪声等效声中心位于距艇艏0.46倍艇长处,在10Hz～1kHz内总声源级为95.09dB;艇艉桨对附体马蹄涡系影响较小,但促使等效声中心迅速移至艇艉.     

基于非定常流场的离心风机气动噪声分析

提出了一种不直接求解声场却能为离心风机降噪提供有用信息的分析方法.首先,利用有限容积法对风机内部的非定常流场进行计算.然后,采用时域和频域分析方法对流场内静压脉动的强度和频率进行分析.最后,根据声学基本理论,判定风机内部主要气动噪声源的位置及噪声类型.应用该方法对某离心风机进行了计算,并将分析计算结果与该风机的噪声测量结果进行了对比,证明该方法能够有效地判断气动噪声源的位置和噪声类型.     

一种基于声发射检测油砂两相流流量的方法

 疏松砂岩油藏开发过程中出砂问题日益突出,为降低油井出砂管理难度,常采用适度出砂技术以保证油气井效益的最大化,因此,发展油砂两相流检测技术对及时、有效预测和控制油气井出砂具有重要意义。本文提出一种基于声发射技术检测油砂两相流流量的方法,该方法利用超声波测量油相流量,采用声发射传感器检测砂粒在油流中的声发射信号,设计构建了油砂两相流声发射检测实验装置,通过专门编写的采集软件对特征信号进行分析处理。结果表明,保持其他条件不变,声发射功率随砂粒质量、油流速度增加而增大,随粒径增大而减小。建立了声发射功率与砂粒质量、粒度和油流速度三者之间的关系模型,进而获取砂相的流量信息。     

偶极子噪声在均匀流管道中传播的声学模型

通过建立对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的混合声学模型,研究偶极子噪声在均匀流管道中的传播与散射问题.计算均匀流中的声源及其在管道中的传播,采用对流FW-H方程确定均匀流中的声波传输,采用计算流体力学方法所得流场数据确定气动噪声源,采用薄壁边界元法计算声波在管壁上产生的散射声压,并将数值计算结果与Tyler-Sofrin管道声学理论方法及声学实验所得结果进行对比.结果表明,对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的声学模型可用于偶极子噪声在均匀流管道中传播特性的预测,并可准确预测风扇偶极子噪声在机匣内的传播.     

高速列车转向架舱对转向架区域流场与气动噪声影响

根据涡声理论和声比拟方法,数值模拟了高速列车转向架简化模型的流场与气动噪声特性,分析了转向架舱对转向架流动与气动噪声性能的影响.结果表明:在单独转向架与转向架位于转向架舱内2种工况下,几何体近壁流场内形成的体偶极子声源为近场四极子噪声的主要声源,转向架表面压力脉动产生的面偶极子声源为声辐射主要声源;与单独转向架相比,转向架舱改变了转向架流动特性与声辐射指向性,削弱了转向架所产生气动噪声的强度,但转向架舱后壁会产生较大气动噪声.     

尾缘锯齿齿角变化对空调外机轴流风叶声场影响的试验研究

为探索尾缘锯齿齿角变化对空调外机轴流风叶声场的影响,根据《声学声压法测定噪声源声功率和生能量级反射面上方近似自由场的工程法》(GB/T 3767—2016)规定的声压级测量方法,在额定转速下采用传声器阵列对不同角度的尾缘齿角风叶进行时间平均声压级测量,利用波束形成技术探究风叶噪声源分布规律。试验结果表明：随着尾缘齿角的增加时间平均声压级均值非线性减小,尾缘齿角为90°的风叶比尾缘齿角为0°的风叶时间平均声压级均值降低了3.2～5.8 dB;随着声辐射频段的增加声源位置向叶尖方向移动且声源的声压级逐渐降低,同时锯齿齿角越大,声源位置随频率增加移动速度越快,移动距离越大。低频段声源位置随齿角变化较小,高频段声源位置随齿角变化较大。为低速小展弦比轴流风叶的降噪工作提供试验参考。     

可压缩偏流条件下穿孔板声阻抗率的分析

从理论上研究了一维可压缩偏流对穿孔声阻抗率的影响，并分析了偏流对穿孔粘滞效应的影响；在实验中，利用真空泵流装置建立了存在偏流时的穿孔板声阻抗率测量系统，测量了一定频率范围内两块不同厚度穿孔板在不同偏流流速时声阻抗率的变化规律．在偏流情况下，穿孔板相对声阻率的理论结论和实验数据吻合很好.     

泵引起的液压系统振动分析

通过液压系统产生振动和噪音的振源及振动量传递的分析,开发了测定泵的振源特性的新方法,－２压力／２系统”法,介绍了用阻抗求解管内压力脉动的方法及通用仿真程序包,实验表明,仿真结果与实测结果一致。     

空调室外机气动噪声的数值分析

采用雷诺平均数值模拟方法对空调室外机内部的三维黏性非定常流动进行了计算,获取了用于噪声分析的气动声源。在此基础上,依据Lowson方程对脉动压力产生的气动声场进行了仿真,预测了空调室外机各部位气动声源对声场的贡献,并对锯齿轴流风叶的降噪效果进行了分析。为了识别偶极子声源,对固体壁面处的静压脉动进行了分析。结果表明:静压脉动的相位一致是采用偶极子声源强度进行声源识别的前提条件。室外机噪声数值预测结果与试验在定性上吻合较好,说明噪声数值分析方法具有良好的工程应用价值。