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热声制冷机谐振腔内声场分布规律的研究与应用

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热声制冷机谐振腔内声场分布规律的研究与应用

作者：王晓莲内蒙古科技大学

学位级别：硕士

由于工业技术和现代科技的迅速发展,人们对于低温制冷机的性能要求也在不断的提高,集经济、环保、高效为一体的制冷技术是我们现在所急需的。而热声制冷机就是适应这一时代发展所开发的符合国际提倡的绿色环保理念的制冷装置,它具有传... 详细信息

由于工业技术和现代科技的迅速发展,人们对于低温制冷机的性能要求也在不断的提高,集经济、环保、高效为一体的制冷技术是我们现在所急需的。而热声制冷机就是适应这一时代发展所开发的符合国际提倡的绿色环保理念的制冷装置,它具有传统的制冷设备所不具备的优点如:绿色环保、使用寿命长、系统稳定性高以及结构简单等。根据热声理论可知,要想实现热声制冷机微型化以及高效化的目的,就必须找到声驱动与制冷机的最佳频率匹配条件,进而得到有利于产生热声效应的理想声场。针对这一问题,本文主要从能提高制冷效率的理想声场出发,在热声基本理论的基础上,对整个热声制冷系统以数值仿真模拟与实验相结合的方式开展了如下的研究工作:(1)以热声效应理论作为基础,从理论上分析了影响热声制冷机制冷效果的影响因素,并对制冷机谐振腔内的声场通过相关参数的表达式进行了描述。并通过声学软件ATILA对制冷机谐振腔内声场进行数值仿真模拟,找到了最佳谐响应频率,进而得到较好的驻波声场,为后续的实验提供了理论依据。(2)通过实验的方法,研究了不同激励频率下制冷机谐振腔内声压幅值大小以及对制冷效果的影响。研究结果表明当激励频率在截止频率范围内,声场内产生的声压值越大,板叠两端的温度差越大,热声效应越明显。(3)对行驻波型热声制冷机谐振腔内声场进行了分析,为了研究内部的声压分布规律,将行驻波型热声制冷机简化成二维P型管模型在声学软件ATILA中进行声场模拟分析以及实验研究。结果表明:在保证其余约束条件不变的情况下,不同频率下P型管内的声压幅值放大情况不同,相比驻波型制冷机,相同条件下,声压放大效果更强。且P型管内声场并不是单纯的行波成分而是存在着驻波现象。(4)对P型管的环形回路部分进行了三种不同截面的设计,分别导入声学软件ATILA中进行声场分析,发现直角边的环形回路相较于无直角边的环形回路易发生声能量聚集现象,致使相同频率下环形回路内声压幅值放大效果不同,不利于热声效应的产生。(5)基于超高频范围内辐射板活塞振动的近场特性,从理论上分析了超微型热声制冷机谐振腔内声压在辐射板活塞振动近场的分布规律。并用有限元分析软件ATILA对谐振腔内声场分布进行数值模拟。由理论和仿真可知,在超高频率范围内辐射板活塞振动近场内的声压幅值出现“明区”和“暗区”交替分布声压,呈现活塞振型,对实现超微型热声制冷机有重要研究意义。

关键词：热声制冷声压幅值有限元分析声场分布

基于声场分布特性的高速铁路声屏障降噪效果研究

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基于声场分布特性的高速铁路声屏障降噪效果研究

作者：陆维姗中国铁道科学研究院

学位级别：硕士

高速铁路的大规模建设和运营,为我国社会和经济发展提供了强有力的支撑,极大地提升了人们出行的便捷性,但其产生的噪声问题对于沿线部分区段居民产生了较大影响,为了降低高速铁路噪声影响,常采用的控制措施是在铁路线两侧安装声屏障。... 详细信息

高速铁路的大规模建设和运营,为我国社会和经济发展提供了强有力的支撑,极大地提升了人们出行的便捷性,但其产生的噪声问题对于沿线部分区段居民产生了较大影响,为了降低高速铁路噪声影响,常采用的控制措施是在铁路线两侧安装声屏障。声屏障技术是目前应用最为广泛、操作性最强的噪声控制措施,受铁路维护检修、安全限界等方面的限制,我国高速铁路声屏障以直立式为主,但影响声屏障降噪效果的因素较多,声源分布特性、声屏障材质及吸隔声性能、声屏障高度、声屏障顶端结构形式等均对声屏障降噪效果产生较大影响。因此本文在深入分析国内外高速铁路声屏障应用现状、降噪效果及存在问题的基础上,基于高速铁路联调联试及综合试验,研究高速铁路声场特性及声屏障降噪效果空间分布特性,系统分析声屏障高度、声屏障材质、声屏障结构、声屏障结构振动及二次噪声、动车组运行速度等关键因素对高速铁路声屏障降噪效果影响。本文主要工作和结论如下:首先,通过调研分析国内外声屏障应用现状及研究成果,从声屏障材质、高度及结构形式等方面对声屏障降噪效果关键影响因素进行分析,研究表明:距线路中心线25m、轨面以上0m处,声屏障的降噪效果随动车组运行速度提高而降低,每提速100公里,声屏障降噪量降低2~3dB（A）。动车组以200 km/h和260km/h通过桥梁声屏障时,声屏障高度每增加1m,降噪量提升2~4dB（A）。采用金属声屏障比非金属声屏障能获得更好的降噪效果,并根据声屏障插入损失频谱分析出,低于200Hz的低频段降噪量普遍较低,在640Hz以上的中高频段降噪量较高。其次,对京沪高速列车以300km/h通过时桥梁区段及声屏障区段声场分布特性进行分析。分析表明:高速铁路噪声声场分布指向特征明显,且声屏障对受电弓等高位置声源降噪效果较差,对轮轨区域及部分车体区域噪声降噪效果较好,因此,高速铁路声屏障降噪效果计算必须考虑动车组声源分布及声场分布特性。最后,基于高速铁路车外噪声源定量化分析结果,根据不同声源特性划分为三等效声源,结合Virtual.Lab声学仿真软件,基于声线追踪法,建立高速铁路声屏障降噪效果仿真计算模型,并对模型计算结果与现场试验结果进行验证:距线路中心线25m处非声屏障区段计算值与实测值偏差在1dB（A）以内,设置声屏障后最大计算偏差仅为0.1dB（A）,充分表明本文分析构建的声屏障降噪效果仿真分析模型可满足我国高速铁路声屏障工程应用分析要求。将本文建立的声屏障仿真计算模型用于分析声屏障不同高度以及顶端结构的降噪效果,分析结果表明:（1）随着声屏障高度增加,各测点声衰减与声屏障高度呈对数增长。（2）国内最常用的2m~3m直立型声屏障降噪效果与实用性较好。（3）声屏障高度受限时,在3m高声屏障基础上采用顶端倒L型或T型结构,相对于等高度的直立式声屏障而言,在距线路25m处声场能得到1.7~3.2 dB（A）附加降噪效果,但顶端结构附加降噪效果主要在近场,距线路中心线60m以外附加降噪效果较小。

关键词：高速铁路声屏障三等效声源声场分布降噪效果

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封闭空间内的声场分布及其对燃烧的影响

封闭空间内的声场分布及其对燃烧的影响

作者：甄丽华北电力大学

学位级别：硕士

近年来，随着人们生活水平的提高，人类对电力的需求量逐年增加。尽管我国已经在太阳能、核能和风能等新能源发电方面取得了一些成就，但据资料显示，目前我国火电机组的发电量仍占总发电量的77%以上，因此，我国仍以火力发电为主要发... 详细信息

近年来，随着人们生活水平的提高，人类对电力的需求量逐年增加。尽管我国已经在太阳能、核能和风能等新能源发电方面取得了一些成就，但据资料显示，目前我国火电机组的发电量仍占总发电量的77%以上，因此，我国仍以火力发电为主要发电方式。锅炉是火力发电厂的核心组成部分，锅炉的安全高效运行在整个电厂中占有举足轻重的地位。而锅炉的安全高效运行在很大程度上取决于炉内燃烧的稳定性和燃烧效率。研究表明，声波可以影响燃烧的稳定性，以及燃烧效率和污染物排放等。因此，研究封闭空间包括炉内的声场分布及其对燃烧的影响对提高锅炉效率、保障安全运行具有重要意义。本文从理论上给出矩形空间内的模态频率和由声源引起的内部声场分布理论值，并由理论推导得出圆柱形空间内的模态频率以及声源在圆柱形空间内产生的声场分布解析解，得到的结论是：当声源的频率接近或等于封闭空间内的模态频率时，声压振幅将趋于一个极大值，这将对燃烧产生很大影响。同时，对均匀温度场下由小激励源引起的矩形和圆柱形空间内的声场分布进行了有限元计算，得出了不同模态频率的声场分布数值解，其结果与理论计算结果基本一致;根据火电锅炉内存在燃烧温度场的实际情况，论文进一步研究了点声源在600MW锅炉内非均匀温度场中的声场分布，结果发现，非均匀温度场下也存在驻波模态，但是模态频率相对均匀温度场情况发生了不同程度的漂移，这为研究实际热态锅炉运行情况下的模态频率及其燃烧稳定性提供了方法。论文从实验上研究了圆柱形空间内声波对的烛光火焰燃烧稳定性和固体燃料燃烧效率的影响。得出低频声波在振幅较小时对燃烧稳定性影响较弱，但火焰长度有所增加，此时，声波对燃烧具有一定助燃作用;当声压振幅增加至一定程度时会引起较为明显的燃烧不稳定现象，甚至导致灭火;高频声波对火焰稳定性的影响不明显;此外，在相同频率下，声压波节处比声压波腹处对火焰稳定性的影响更明显。通过对于固体燃料棒燃烧效率实验，得出：当声压级在80-105dB、频率小于300Hz时，声压波节处比声压波腹处对燃烧过程有更好的促进作用，但当声压级大于105dB时，声压波节处反而对燃烧过程起抑制作用;当频率大于300Hz时，声压波节处仍对燃烧过程有一定的促进作用，但声压波腹处对燃烧过程的促进作用不明显。

关键词：声波有限元分析声场分布燃烧温度场燃烧稳定性燃烧效率

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声源分布和超声频率对清洗声场均匀性的优化

应用声学 2018年第4期37卷 475-480页

作者：单鸣雷杨云楼朱益鹏姚澄朱昌平向衍盛金保河海大学常州市传感网与环境感知重点实验室并江苏省输配电装备技术重点实验室常州213022 江苏省"世界水谷"与水生态文明协同创新中心南京211100 南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所南京210029

驻波和换能器指向性等影响声场均匀性,造成清洗死角,影响清洗效果。该文采用COMSOL仿真软件建立了单个换能器位于底部的三维模型,通过染色法实验结果验证模型的有效性,并分析声场的特点。研究了换能器同时位于底部和侧面、多排换能器位... 详细信息

驻波和换能器指向性等影响声场均匀性,造成清洗死角,影响清洗效果。该文采用COMSOL仿真软件建立了单个换能器位于底部的三维模型,通过染色法实验结果验证模型的有效性,并分析声场的特点。研究了换能器同时位于底部和侧面、多排换能器位于底部时的声场,用声压幅值相对标准差来量化均匀性,发现该两种换能器分布方式能够有效优化声场均匀性。通过调节频率研究频率对声场的影响,进一步优化声场均匀性。对声源分布的确定、频率的选择以满足声场均匀化需求有指导意义。

关键词：超声清洗声场分布均匀性优化声源分布三维建模

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在频域用有限元法求解井中声场分布的设想

大庆石油学院学报 1994年第1期18卷 1-6页

作者：杨建绥王海林耿耀辉

针对简化的裸眼井物理模型，从弹性力学的哈密顿原理出发，通过变分，建立了关于围岩中弹性波位移和井内流体中速度势的有限元方程．用高斯消去法可求得井中频域内的速度势函数，利用傅里叶变换可得到时域内的速度势函数，进一步可获得... 详细信息

针对简化的裸眼井物理模型，从弹性力学的哈密顿原理出发，通过变分，建立了关于围岩中弹性波位移和井内流体中速度势的有限元方程．用高斯消去法可求得井中频域内的速度势函数，利用傅里叶变换可得到时域内的速度势函数，进一步可获得并中的声场分布。

关键词：裸眼井声场分布有限元法声波

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交通荷载作用下钢箱梁振动声场分布研究

华东交通大学学报 2017年第3期34卷 7-13页

作者：程海根陈海华华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013

交通荷载引起的桥梁振动辐射低频噪声严重危害居民的身体健康,研究箱梁噪声分布对评价及降低环境噪声污染具有重要现实意义。结合车桥耦合振动和声传播理论,通过建立桥梁振动辐射有限元-边界元的求解体系,以32 m等截面钢箱梁桥作为实体... 详细信息

交通荷载引起的桥梁振动辐射低频噪声严重危害居民的身体健康,研究箱梁噪声分布对评价及降低环境噪声污染具有重要现实意义。结合车桥耦合振动和声传播理论,通过建立桥梁振动辐射有限元-边界元的求解体系,以32 m等截面钢箱梁桥作为实体模型,对交通荷载作用下钢箱梁振动产生的瞬态噪声声场特性进行了数值模拟,得出瞬态噪声声场特性。分析结果表明,顶板的振动辐射噪声大于梁体的其它结构。随着离梁体距离增加,声压变小,噪声衰减幅度也会变小。在钢箱梁内添加吸声材料后,降噪效果不大。

关键词：钢箱梁桥振动响应瞬态边界元声场分布

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超声聚焦系统声场分布统一计算方法的探讨

陕西师大学报(自然科学版) 1987年第2期 42-50页

作者：林书玉张福成陕西师大应用声学研究所陕西师大应用声学研究所

本文对常用的几种聚焦系统进行了分析,总结出了它们的共性,在此基础上归纳出计算焦区附近声场分布的统一方法。利用这种方法,只要知道了聚焦系统所形成的波阵面上的几何参数与声场参数,就可以计算出焦点附近的声场分布。包括声压增益,... 详细信息

本文对常用的几种聚焦系统进行了分析,总结出了它们的共性,在此基础上归纳出计算焦区附近声场分布的统一方法。利用这种方法,只要知道了聚焦系统所形成的波阵面上的几何参数与声场参数,就可以计算出焦点附近的声场分布。包括声压增益,振适增益和声强增益等等。

关键词：声场分布聚焦系统波阵面超声聚焦声强几何参数振速波带板曲率半径计算方法

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有限空间辐射源声场分布特性研究

舰船科学技术 1995年第2期17卷 26-31页

作者：王明洲钱建平西安精密机械研究所

本文通过实验与理论分析，指出了有限消声水池中串场分布的特点，统计声学在分析有限空间声场分布的局限性、本文的结论对高频水声测量、自身仿真以及声场预报均有实际意义。

关键词：有限空间消声声场分布特性仿真鱼雷

光衍射法检测叉指换能器激发的声场分布及其倒速度图

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南京大学学报(自然科学版) 1978年第2期 31-40页

作者：张淑仪高学奎南京大学声学研究室

本文介绍了利用声波引起的光衍射现象研究在铌酸锂晶体和石英晶体的某些切割表面的叉指换能器所激发的声场分布及其倒速度图。所采用的实验方法有简单光探针技术,暗场法以及倒速度图显示等三种。分别对线性调频叉指换能器向两端辐射声... 详细信息

本文介绍了利用声波引起的光衍射现象研究在铌酸锂晶体和石英晶体的某些切割表面的叉指换能器所激发的声场分布及其倒速度图。所采用的实验方法有简单光探针技术,暗场法以及倒速度图显示等三种。分别对线性调频叉指换能器向两端辐射声功率流的不对称性、叉指换能器激发声场的能量分布以及叉指换能器激发各种声波的倒速度图进行了初步的研究和简单的讨论。

关键词：衍射光强声强宽带换能器声波频率叉指换能器声表面波换能器声功率流石英晶体压电石英声场分布光衍射电磁波衍射衍射角绕射角