考虑四极子声源的高速磁浮列车气动噪声数值模拟方法

随着列车速度的提高,四极子声源对列车气动噪声的贡献增大,高速磁浮列车的运行速度达到600 km/h时,有必要考虑四极子声源对高速磁浮列车气动噪声的影响.为此,本文建立考虑四极子声源的高速磁浮列车气动噪声数值模拟方法,对高速磁浮列车流线型尾部、头部区域的积分面进行局部外推,探索流线型尾部、头部区域的四极子声源对高速磁浮列车气动噪声的影响.研究发现:高速磁浮列车的尾涡会穿过下游的积分面,流线型尾部区域不能采用全封闭积分面,否则会产生非常大的伪声;流线型尾部区域的积分面需要较多地向尾涡区延伸,并去除尾涡穿过的区域;高速磁浮列车流线型头部区域四极子声源的贡献很小,流线型头部区域的积分面可以取为流线型头型表面;在600 km/h下,高速磁浮列车四极子声源引起的气动噪声能量占比达到42%.

抑制运动可渗透面虚假噪声的四极子修正模型

Ffowcs Williams-Hawkings(FW–H)方程是Lighthill声比拟方程在运动边界问题中的推广,但在FW–H方程中使用运动可渗透积分面时,常因涡结构穿过可渗透积分面引起虚假噪声。本文利用可渗透积分面上Lighthill应力张量的通量估计涡结构对远场噪声的贡献,并消去其所导致的虚假噪声。在频域Lighthill应力张量通量四极子修正模型基础上,本文考虑了运动积分面对四极子修正模型的影响,提出了适用于运动可渗透积分面的四极子修正模型。该模型基于冻结流假设与格林函数的远场近似特性,通过求解关于四极子体积分项的代数方程,在被积函数中包含了运动积分面的速度。圆柱绕流和对流涡远场噪声预测验证了本文所提出修正模型的有效性。

400 km/h高速列车受电弓多极子声源气动噪声特性研究

随着高速列车的运行速度不断增加,其产生的气动噪声呈现明显多声源特征,高速运动效应显著,四极子声源比例增加,对列车远场噪声的影响不容忽视。根据混合CAA方法,基于涡声理论和Lighthill声比拟方法,分析400 km/h受电弓结构周围流场与气动噪声、远场声传播特性,研究四极子声源对其声辐射的影响。结果表明:受电弓结构高速运动在近壁面产生的复杂涡运动是主要气动噪声源,涡结构主要集中在头部、底架和绝缘子处。受电弓高速运动产生的高湍流区域主要发生在主杆附近,导致体四极子声源加强,该区域部件表面流动分离,产生较强的湍流。四极子声源最大强度约为偶极子声源的0.4倍,其声场能量转化效率比偶极子声源低。受电弓近场最大总声压级为136 dB,远场声辐射沿不同方向的主频位于同一频带,频谱整体呈现多峰特征。400 km/h高速列车受电弓产生的气动噪声中,四极子声源能量占比达到38.3%。

慢速地层偶极声波远探测井眼成像发射频率优选

为了提高慢速地层偶极声波远探测丛式井邻井井眼成像的图像质量,优选了偶极声源的最佳发射频率。根据慢速地层中偶极辐射声场理论,计算偶极纵波辐射波能流和辐射指向性,分析它们随频率的变化规律,结合试验井测试和现场应用情况,确定适合浅层慢速地层邻井成像的偶极声源最佳激发频率为2.4 kHz。研究结果表明,在测井资料质量良好的情况下,采用该激发频率处理得到的邻井远探测成像图清晰可靠,对图中反射体进行识别,能够确定邻井相对测量井的距离和方位,利用此结果可以指导浅层丛式井邻井防碰。研究结果为开发过程中丛式井邻井防碰提供了新的技术手段。

三维自由空间中指向性信息未知偶极声源的等效源识别方法

偶极声源的指向性是影响声源识别结果的关键因素。目前,偶极声源的识别方法通常是基于声源的指向性信息先验假设,然而在实际偶极声源识别中,很难事先获得声源的指向性信息;此外,声源分布在二维平面上的假设通常不适用于实际的气动系统。为了准确识别指向性信息未知的偶极声源,并获得声源的三维成像结果,提出了一种基于加权迭代L1最小化算法的等效源方法。该方法将声源指向矢量作为未知参数,从测量声压与等效源源强的传递函数中分离出来,并通过加权迭代L1最小化算法将声源指向矢量与等效源源强一起求解出来,进而利用这些求解获得的声源信息进一步预测声场。与以往的偶极声源识别方法不同,该方法可以实现指向性信息未知偶极声源的三维成像。指向性信息未知偶极声源的三组仿真案例和自制类偶极声源的实验研究验证了该方法的有效性和鲁棒性。

利用井中低频偶极横波进行声波远探测的新方法

为了突破目前声波远探测技术存在的局限性,提出了一种新的偶极横波远探测方法,即利用井中偶极子产生的井中弯曲波存在低频截止频率的现象,在声源截止频率以下激发偶极声波.通过对比分析井中偶极声源分别在截止频率上、下激发时,井孔内外产生的辐射声场,明确了截止频率以下井中偶极声源的远场辐射特征和低频截止频率激发偶极横波的优势,结合数值模拟,进一步对其反射声场进行了分析.结果表明,该方法可以避免艾里相的巨大振幅对数据量化产生的"饱和"效应,相比传统的远探测测井方式更具优势,常规源距即可满足专门的远探测测井仪器需求.

偶极子声源在套管井中的应用研究

套管井第I界面胶结差时单极子声波测井通常测量不到地层波信息。在套管井边界条件下,推导出了不同胶结状况下的偶极子声源激发的井内声场,计算了它在井孔中的二维谱和时域波形。计算结果表明在稍高的激发频率下,在第I界面胶结不好时在接收波列中可清晰地观测到纵波和弯曲波振相,分别以地层纵波和横波的速度传播,这表明横向偏振的声源比纵向振动的声源有更好的穿透性;在较低的激发频率下,波形中占主导地位的是地层弯曲波和套管弯曲波;在第I、II界面均胶结良好时主要是地层弯曲波。

井中偶极声源激励下的反射横波实验研究

针对偶极横波远探测测量模式开展相关的实验研究,模拟研究了井中偶极声源激励下来自井旁地层界面的反射横波,分别测量了不同声源位置、不同声源振动方向和不同地层界面特性下的地层和井孔全波。实验结果表明:井中偶极声源除了激发出沿井传播的直达弯曲波之外,还会向地层中辐射SH和SV两种类型的横波。随着偶极声源振动方向与地层界面走向的夹角从0°增至90°,反射横波幅度逐渐减小,验证了偶极声源对于井旁反射体具有明显的方位指向特性,可以用来反演井旁反射体的走向。在固–液或固–气地层界面特性下,SH波在界面处会发生全反射,而SV波则会在界面处发生模式转换,SH反射横波更有利于进行远探测反射波成像,尤其对于井旁裂缝研究具有独特的优势。

偶极声源激发的波频散特性

李鹤升 ,李宁 .偶极声源激发的波频散特性 .石油地球物理勘探 ,2 0 0 2 ,37(5 ) :4 4 1～ 4 4 5 ,4 5 4 偶极声源在地层井内激发的波是频散波 ,已经有许多文章讨论了它的频散特性 ,并涉及了频散校正问题 ,但主要讨论它的最低模式 (即截止频率最低的那一条曲线 ) ,而对于其他模式则没有进行比较详细的讨论。本文根据地层横波速度与泥浆速度相比高、接近、低的三种情况把地层分为硬性地层、中性地层和软性地层 ;给出了单极和偶极两种声源在这三类地层中激发的频散波的频散曲线。结果表明 ,这两种声源激发的频散波具有很强的可对比性 ,它们的最低模式在单极声源激发时是斯通利波 ,在偶极声源激发时是弯曲波 ;两种声源的其他模式处于截止频率时 ,在硬性地层中的速度趋于横波速度 ,在软性地层中速度趋于纵波速度 。

偶极子声波测井在套管井中的声场特征

偶极子声波测井在套管井中的应用越来越多,该文重点研究了套管井不同胶结状况下偶极子声源在套管井中激发的声场特征,通过解析方法分析了水泥环第一界面和第二界面不同胶结状况下井孔模式波的频散和衰减。计算结果表明,在水泥环第一界面或第二界面胶结差时井孔声场中可观测地层弯曲波和套管弯曲波;与胶结良好时相比,地层弯曲波的频散曲线向低频偏移,水泥环第二界面胶结差时偏移较大;套管弯曲波对水泥界面存在的流体环厚度很敏感,随着流体环厚度的增加套管弯曲波的相速度逐渐增大,激发幅度也明显增强,这一特征为利用套管弯曲波的相速度估算流体环厚度提供了可能。该文的计算结果为利用套管井中越来越多的偶极子声波测井资料评价水泥胶结质量奠定了理论基础。

高速列车转向架区域气动噪声源的特征识别

为了创建高速列车气动噪声源识别方法,以气动声学基本波动方程为基础,将高速列车气动声源等效为无数微球形声源组成,利用声辐射和流场物理量之间的关系,并结合高速列车气动数值仿真技术,建立了高速列车偶极子声源和四极子声源的识别方法,从全新的角度对某高速列车头车气动噪声源进行识别;基于涡声方程声源项特征,进一步揭示了偶极子声源和流场流动的关系.研究结果明确了高速列车主要偶极子和四极子声源的强弱和分布特征,表明了气流的直接撞击和分离现象是产生声源的主要原因,头车及转向架区域气动噪声源以偶极子声源为主;偶极子声源强度较大位置出现在边沿较为尖锐的地方,在绝大多数情况下流体经过时涡量急剧增加,成为其形成强声源的主要原因.

井孔偶极子源声场的复极点分布

近年来，偶极子声波测井得到了越来越广泛的应用。前人关于偶极声波测井的研究工作有很多，对目前利用偶极子声波测井起到了的指导作用。但他们对于偶极声源在井孔中激发产生的复极点及其组成的泄漏模式对声场的贡献等问题研究的很少。这对于进一步深入分析偶极声源在井中发生的各种波动现象和解决一些尚未清楚的问题等是不可或缺的。

基于偶极等效声源的特高压变压器有源降噪方法研究

有源降噪技术主要基于声波干涉相消原理,因此初级声源和次级声源的声场传播特性及其声波相干作用导致的声场分布变化规律的研究对有源降噪的系统设计及次级声源的布局至关重要。在实验室进行变压器有源降噪实验时,通常采用扬声器来模拟变压器噪声,因此扬声器等效模型的选择很关键。等效为点声源模型简单方便,但误差较大。该文选取偶极声源模型作为扬声器的等效模型,并以实测特高压变压器噪声特性为基础,分别对扬声器等效为点声源模型和偶极声源模型的声场干涉特性进行仿真和实验验证。实验结果表明,偶极声源模型比点声源模型更符合扬声器实际的声辐射特性。

偶极声波实现钻前地质探测的方法研究

针对随钻地震技术在声波长距离传播导致的衰减和信号混叠等问题,本文提出采用井下发射和接收声波的方式,利用偶极声波实现前方地质情况探测。结合数值模拟结果,分析了偶极辐射声场和反射声场特征,重点讨论了反射波信号与钻头前方反射面之间的关系。结果表明,偶极横波在低倾角反射面的反射强度较大,尤其是SH波具有振幅强、倾角覆盖范围大的特点,可以用于前方地质情况探测。偶极横波还表现出了较高的方位灵敏度,有助于识别前方反射体的方位。

声波测井技术的重要进展——偶极横波远探测测井

近年来单井反射声波远探测技术的一个重要进展是利用偶极声波探测仪器来发射和接收地层深部的反射信号。本文首先介绍了单井反射声波成像技术的研究进展。然后,从偶极横波成像原理、充液井孔中偶极远场辐射指向性、偶极声源激励下的井外声场分布、反射横波幅度和反射系数、偶极横波数据中的反射波分析和现场资料处理实例分析等方面详细论述了偶极声波远探测技术。最后,讨论了这门技术今后改进和发展的方向,通过本文读者可以了解偶极横波远探测技术的原理、方法、效果和应用前景。

偶极声源在裸眼井及套管井外的横波辐射特征

偶极横波远探测技术作为近年来发展起来的一门地球物理测井技术,一个重要应用前景就是在裸眼井和套管井测井时寻找井外地层中的油气构造.本文从井中偶极声场积分表达式的远场渐近解出发,对裸眼井及套管井中偶极声源的辐射场进行了对比分析,首次得到了偶极声源在不同声源频率和不同地层类型下的辐射特征.并深入研究了套管井中偶极声源的SH横波远场辐射特性,给出了不同耦合情况下的SH横波远场辐射特性的变化规律,对比了套前套后SH横波远场辐射的异同.结果表明:井中偶极声源的远场辐射特性受声源频率和地层类型影响较大;在套管井中,偶极声源辐射到地层中的横波能量也可以进行远探测,尽管与裸眼井情况相比,辐射能量会有所降低.本文的结果为偶极横波远探测技术的应用提供了理论支持.

利用井中偶极声源远场辐射特性的远探测测井

远探测声波测井技术近年来的一个重要进展是利用偶极声波探测仪器来发射和接收地层深部的反射信号.本文论述了这种偶极声波远探测技术的基本原理和方法,并结合数值模拟计算验证了该方法的可行性及灵敏度.具体来说,井中偶极声源向地层深部辐射出纵波、SH和SV型横波,其中SH型横波具有很宽的辐射覆盖及较高的反射灵敏度,是偶极横波远探测的重要依据.在慢速地层中,偶极辐射的纵波具有振幅强、灵敏度高的特征,也可以用于远探测测井.偶极远探测的另一个重要特征是其对反射体的方位灵敏度,这是由于声源为指向性发声的结果.采用四分量的数据采集方式便可以确定反射体走向的方位.在理论分析的基础上,我们用实际例子说明偶极声波远探测的重要特征及其有效性.

基于关联速度的FW-H积分四极子声源修正模型

FW-H积分中的四极子声源项常在远场噪声的计算中引起虚假声源问题。这类虚假声源是由于计算四极子声源的积分域不能包含全部声源区域,Lighthill应力张量穿过四极子声源的积分域边界引起的。本文在频域方法的框架下改进了四极子声源项的修正模型,用于修正Lighthill应力张量穿过积分域边界引起的误差。该模型基于泰勒冻结流假设,利用关联函数计算Lighthill应力张量的对流速度。与常用的均匀来流对流速度相比,本文提出的模型考虑了对流速度的空间非均匀性,改善了非均匀流动区域FW-H积分面对远场噪声的影响。二维对流涡和圆柱绕流的远场噪声验证了本文模型的有效性。

随钻偶极远探测声场的辐射特性

本文对偶极横波远探测技术在随钻测井中的应用进行了探讨.对于随钻远探测而言,井中声源向井外地层中的辐射性能是它的主控因素.本文从井孔内外声场出发,考察了随钻和电缆测井中偶极声源的辐射效率,即声源产生的辐射波能流与沿井传播的导波能流之比;分析了声源的远场辐射指向性;基于声源辐射与接收之间的互易性,快速模拟和处理了随钻测井下SH和SV横波远探测波形.研究结果表明,随钻条件下SH和SV横波的最大辐射效率受钻铤的影响较电缆的情况降低了70%左右,且横波最大辐射效率对应的优势激发频率也从电缆的3.5kHz降为2.5kHz左右;虽然随钻偶极的横波辐射效率明显降低,但由理论模拟的随钻远探测数据的成像结果可知,声源辐射到地层中的横波能量仍足以探测井外反射体,表明随钻偶极远探测技术在理论上是可行的,本文结果为随钻偶极远探测测井提供了理论依据.

基于四极子声源的轮胎管腔共振噪声研究

基于流固耦合仿真,应用计算气动声学方法对轮胎管腔共振噪声进行研究。滚动轮胎引起周围流体微粒间的相互作用被视为分散的四极子声源,基于Lighthill理论进一步求解并分析近场噪声和声学特性。通过对比接地前端、接地后端和胎侧位置声源的声辐射结果和频谱特性,验证了轮胎管腔共振噪声的产生机理。