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.     

矿井掘进工作面粉尘对机器噪声衰减的影响

掘进工作面悬浮粉尘颗粒改变巷道空气的粘滞特性,同时产生声波散射而影响机器噪声的传播与衰减,简要介绍了粉尘空气介质的声波衰减机理,基于掘进工作面及近巷道粉尘分布特性,分析了悬浮粉尘空气介质的粘滞特性对声衰减的贡献,研究了悬浮粉尘颗粒的声波散射作用及粉尘颗粒粒径、浓度等对声散射衰减的影响,研究表明:巷道中扩散声衰减与介质粘滞声吸收衰减两者在衰减量级上相当,而声散射衰减相对很小甚至可以忽略不计;粉尘浓度是影响粘滞声吸收的主要因素,而粉尘颗粒粒径、粉尘浓度等对声散射衰减有一定影响.     

基于现代通信模型的遥远星系光色变化研究

本文基于现代通信模型对星光信号处理分为星光发射、太空信道传播、地面接收三大功能模块.星光变化主要是传播信道所致.对单色正弦波信号频率随传播距离而衰减进行理论分析,并介绍单色声波、单色电磁波频率随传播距离而缓慢衰减的实验测量过程、实验结果.论证遥远星系的光色变化(红移),可归结为星光频率随太空传播距离而成指数规律衰减、或近似为线性(即哈勃定律)衰减的关系.     

运动粘滞大气中的耦合方程组解析解的新方法

由于声波在大气中传播特性处理的数学复杂性,求耦合方程组解析解的工作已很少见.本文首次将NMA(Normal Mode Analysis)和同伦分析方法(HAM,Homotopy Analysis Method)相结合对考虑风和粘滞因素的耦合方程组进行解析解的求解.首先由基本控制方程推导了运动粘滞大气中的耦合方程组,通过匀质无风的耦合方程组,对声波在大气中衰减特性和相速度进行了分析,之后利用NMA对其进行了解析解求解,并将其作为初始近似,利用同伦分析方法对有风、粘滞分层大气中的耦合方程组进行了三阶近似解析解的求解,最后进行了数值模拟.结果表明,由于多种大气要素的影响,随着传播距离的增加,声压峰值越小,且频率越大衰减越快,因此风和粘滞特性是影响近地面声波传播特性的重要因素.     

周期性螺纹连接管结构中声波的频谱特性测试

建立用于测试声波在钻柱信道中传输及衰减特性的试验装置,对由螺纹连接构成的周期性管结构中声波的传播特性进行试验研究,将利用传递矩阵法计算的结果与试验结果进行对比。结果表明:声波在由螺纹连接构成的周期性管结构中传播时,存在衰减及失真较小的通带和衰减及失真较大的阻带,通带与阻带交替分布;随着发射声波频率的升高,通带声波的衰减增加,当频率超过一定值时,声波完全被吸收,即使发射的声波处于通带,亦难于接收;理论计算结果与试验结果前4个通阻带吻合较好,之后差异明显。这表明理论计算方法在计算低频通阻带分布时具有良好的适用性与计算精度,在此范围内,可以用于钻柱结构内声波传播频谱特性的分析及信息载波频率的选择。     

基于分子弹性碰撞的大气声波衰减模型

提出了一组考虑分子弹性碰撞的干空气-水汽双流体方程,利用该方程研究了水汽对大气声波衰减的影响.结果表明,当声波频率远低于弹性碰撞频率时衰减系数对水汽含量不敏感,越靠近弹性碰撞频率水汽含量的影响越明显;对于某一频率的声波衰减系数随混合比增加而增加.声波频率与分子弹性碰撞频率比是衡量弹性碰撞过程对声波衰减影响的重要参数,大气中氧分子-氮分子的弹性碰撞频率高达109 Hz,其对可闻声衰减的影响可以忽略.研究结果有助于进一步理解分子碰撞过程对大气声波衰减的影响.     

平面脉冲声波在多孔介质中传播的频移

利用传递函数,得到了平面脉冲声波在传播过程中任意位置处频谱的计算方法,用这种方法可以评价脉冲声波的主频偏移程度。给出了多孔介质中脉冲快纵波主频偏移的数值计算实例。计算结果表明,在一个有限的频带内,介质的声衰减与频率近似成线性关系,脉冲声波的主频偏移与介质的衰减、场点距声源的距离呈正比。该结果有利于利用脉冲声波的主频偏移来评价介质的声衰减     

高速太阳风中质子的随机湍动加热

在高速太阳风中，Ａｌｆｖｅｎ波在传播过程中其能量可能转移给快磁声波，当磁场强度和Ａｌｆｖｅｎ波速度趋于零时，快磁声波将转变为离子声波。通过对质子的随机湍动加热，而导致高速太阳风中质子平均温度高于电子的平均温度。     

超细颗粒悬浊液中声衰减和声速的数值模拟-- 4种模型的比较

分别运用了4种数学模型 ECAH模型、Harker & Temple模型、BLBL模型以及McClements模型研究了声波在超细颗粒悬浊液中传播的衰减和相速度,对各种模型的数值模拟计算结果进行了比较,讨论了各种衰减机制对模拟结果的影响. 结果对将超声方法用于悬浊液和乳剂中的颗粒粒度、浓度测量的实验研究和工程应用均有一定参考价值.     

研究均匀损耗介质中声波传播特性的一种新方法

本文引入两个与声衰减有关的介质参量,定义了声传播系数;导出了具有粘滞性衰减和导热性衰减的均匀介质中的声波波动方程;分析了频率和介质参数对声波衰减、相移及声速的影响,所得理论结论能较好地解释有关文献的实验结果.     

声波衰减的格子-Boltzmann方法模拟

采用格子-Boltzmann方法分别模拟了一维及二维通道内平面声波的衰减过程.模拟中,声源给定速度及密度,出口采用出口边界条件.一维模型下,y方向采用周期性边界条件;二维模型下,y方向采用无滑移边界条件.模拟结果表明:在介质黏性以及壁面摩擦(仅二维)的作用下,声波沿着传播方向逐渐衰减,速度振幅及密度振幅越来越小,压力梯度呈负指数形式减小;随着波长的增大或介质黏度的减小,声波的衰减减缓,压力梯度越小.模拟获得的速度分布、压力梯度分布以及衰减系数与理论值吻合良好.最后,给出了声源的激发声压级.     

气体钻井钻柱内声波信号传输规律分析

针对气体钻井随钻测量问题,参照医用听诊器的工作原理,提出在气体钻井中利用钻柱内声波进行井下信息传输的方法;通过建立钻柱内声波传播的数学模型并求解,得出钻柱内声波信号传输的衰减规律;利用声波导理论对钻柱的声波导特性进行分析,计算钻柱内声波的截止频率。通过管道声波传输实验,将采集声波信号与计算结果进行比对,验证了理论分析的准确性。结果表明,气体钻井钻柱内声波信号传输过程中的衰减程度随频率的升高而逐渐加剧;钻柱的内径尺寸决定了内部各阶声波的截止频率,内径越大,声波的截止频率越低;声波信号传输载波频率的选择时,应兼顾钻柱内声波信号的衰减规律和不同尺寸钻具的声波导特性,尽量选择钻柱截止频率内较低的频段,减少因高次波激发造成的衰减,延长声波信号的传输距离。     

平面脉冲声波在多孔介质中传播的频移

利用传递函数,得到了平面脉冲声波在传播过程中任意位置处频谱的计算方法,用这种方法可以评价脉冲声波的主频偏移程度,给出了多孔介质中脉冲快纵波主频偏移的数值计算实例,计算结果表明,在一个有限的频带内,介质的声衰减与频率近似成线性关系,脉冲声波的主频偏移与介质的衰减,场点距声源的距离呈正比。该结果有利于利用脉冲声波的主频偏移来评价介质的声衰减。     

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.     

黏性对含气泡液体中声波传播的影响

用有效介质理论、在线性近似的基础下研究了含气泡黏性液体中线性声波的传播特性,主要调查声波的衰减系数和相位速度随各种因素的变化规律.在研究中充分考虑到液体的黏性对气泡的振动方程和声波的波动方程的影响.研究发现声波的共振吸收是由气泡的共振引起的,但是要受到气泡间相互作用的影响.这种相互作用不仅导致声波的共振吸收频率和气泡的共振频率之间的差异,还引起共振吸收频率半宽度的增大.在低频非共振吸收区,主要调查了黏性和气体的体积分数对声波传播的影响.此外我们把黏性对声波的影响方式分成两类,即通过气泡的振动方程和通过声波的波动方程.我们分析了两类方式所起的作用,并大致给出某些近似理论成立的条件.     

孔隙含气压力对不同孔隙结构砂岩声学属性的影响

为研究孔隙含气压力对不同孔隙结构砂岩声学属性的影响,以大港油田3块不同孔隙结构砂岩为研究对象,利用自研的实验装置在多个含水饱和度点测量了砂岩纵波波形、幅度和速度随孔隙含气压力的变化。定义了1个声波幅度衰减变量I来表征首波幅度的衰减。结果表明:随着孔隙含气压力的增加,声波幅度下降,波形后移,中高孔渗砂岩在低含水饱和度下的声波波形甚至发生一定程度的畸变。变量I与含气压力呈线性负相关,且孔隙结构越好,含水饱和度越低,线性负相关关系越好,随着孔隙结构变差,含气压力降低,声波幅度的衰减减弱。砂岩的纵波速度随孔隙含气压力的增加而降低,在含气压力小于5 MPa时,纵波速度随含气压力的增加缓慢下降,含气压力大于5 MPa后,纵波速度随含气压力的增加而快速下降。岩心孔隙含气压力增大后,与声波幅度衰减相比,纵波速度变化不明显,纵波幅度的衰减对含气压力更敏感。砂岩孔隙含气压力增大所造成的声波衰减主要由黏滞性吸收衰减所引起,含气压力的增加对岩石体积模量和体积密度影响较小,纵波速度的变化主要是由有效应力减小造成岩石孔裂隙张开和颗粒接触刚度减小所引起。实验结果可为砂岩地层的含气性评价和孔隙含气压力预测提供借鉴。     

石英基片(0°,124°,γ)系列传播方向上表面声波波动模式的研究

对石英基片欧拉角为 (0° ,12 4° ,γ)系列传播方向上传播的表面声波波动模式进行了理论分析与实验研究 发现在欧拉角为 (0° ,12 4° ,50°)传播方向上存在着传播性能较好的表面准纵波模式 ,它的相速度为 70 13.8m/s、传播衰减为 9.36× 10 - 5dB/λ、机电耦合系数为 0 .0 0 5% 基于此传播方向的表面声波波动模式的另一个特点是漏剪切声波模式几乎不激发 ,这一点对于制作高频器件有一定的应用价值 并指出当传播方向偏离常用的传播方向γ =90°时 ,表面漏剪切声波存在着严重的束偏向问题 同时在文章中给出了 (0° ,12 4° ,γ)系列传播方向上瑞利波相速度、机电耦合系数等传播特性     

冲击作用下混凝土中应力波传播规律的数值模拟

建立了混凝土中应力波传播的统一经验表达式.采用混凝土JH本构模型对冲击作用下混凝土中应力波的一维、轴对称和球对称传播过程分别进行数值模拟,并通过混凝土中一维应力波传播实验对数值计算结果的可靠性进行验证.数值模拟研究表明：由于材料耗散和几何衰减的共同作用,混凝土中应力波在传播过程中峰值迅速衰减,应力波峰值小于混凝土抗压强度后,应力波峰值的进一步衰减主要是几何衰减的作用结果;所建立的经验表达式可以较好地描述混凝土中应力波传播规律,对于所选用的混凝土,应力波在其内部传播时的衰减系数为0.095 13.     

零温时二维绝缘铁磁体的磁振子寿命

在二维正方绝缘铁磁系统基础上建立了一个磁振子-声子相互作用模型.利用格林函数方法研究了磁振子-声子相互作用下的二维绝缘铁磁体的磁振子衰减,计算了布里渊区的主要对称点线上的-ImΣ*(1)(k).发现在布里渊区边界区域磁振子衰减很明显,但小波矢区(kxa/π<0.22附近)磁振子衰减非常弱.零温时磁振子衰减有极大值.比较了纵向声子与横向声子对磁振子衰减的影响,也讨论了各项参数的变化对磁振子衰减的影响.根据关系式-ImΣ*(1)(k)=/(2τ)可以对磁振子寿命进行判断.     

钻杆中声波传输特性测试

在实验室进行钻杆声波传输特性测试试验.使用激振器和自制激励装置作为激发源、特制的钻杆短节为传输信道,研究声波在钻杆充气、充水、压沙袋3种状态下的传输特性;利用扫频信号激励钻杆,确定钻杆中声波的最佳传输频率点,得出钻杆中声波衰减的经验公式.结果表明:钻杆接箍和声波频率是造成声波衰减的主要因素;纵波是相对较好的信息传输载体;钻杆信道通带为非平滑的梳状滤波器结构.