封闭空腔呼吸概念的重建——兼评IEC60068-3-4:2023定义

为检验国际标准中封闭空腔呼吸定义是否恰当和为其重新建立呼吸概念,根据事实和规律,首先准确界定了呼吸概念应该反映的客观对象;深度剖析该对象后,按专业要求和普通逻辑学原理,为该对象建立呼吸重建概念;将标准定义描述的概念与重建概念进行比较,结果显示:反映同一客观对象的标准概念和重建概念完全不同。对这两个概念科学性和适用性进行深度分析比较后,得出结论:呼吸的标准定义不当,它描述的呼吸概念是错误的;呼吸重建概念具有科学性和适用性,它是正确的呼吸概念;重建概念的3个并列下位概念——空气对流、热力扩散和相互扩散是相互独立和普遍适用的;只要这3个概念单独或联合运用,就可以描述空气中所有水蒸气输运现象;它们也是封闭空腔受潮凝露分析的重要理论。

封闭空腔受潮的一种机理:热湿效应

为探索隐藏的电气装备封闭空腔受潮机理,对受潮原因未得到有效解释的案例剖析后,提出热湿效应的猜测命题;对该命题进行基于热扩散理论的演绎证明和基于观察事实的归纳证明,同时类比建立命题的数学模型,对模型进行了实验确证。结果表明:如果空气中存在温度梯度,则一定存在因热湿效应导致的与温度梯度方向一致的水蒸气浓度梯度;如果封闭空腔内外存在温度差,则一定存在因热湿效应导致的与此温度差方向一致的水蒸气浓度差。讨论得到:热湿效应是基础物理现象,是水蒸气传递的普遍规律;它是导致电气装备封闭空腔受潮的独立重要原因,可供各行业相关领域参考。

谱元方法求解正方形封闭空腔内的自然对流换热

提出谱元方法计算正方形截面封闭空腔内的自然对流问题 ,具体求解了原始变量速度和压力的不可压Navier Stokes方程和温度方程 .所有的求解变量均采用Chebyshev谱逼近 .Navier Stokes方程和温度方程的时间离散采用时间分裂法 ,非线性项用 4阶Runge Kutta法 ,扩散项用Crank Nicolson半隐方法 。

基于小波迦辽金法的复杂封闭空腔结构—声耦合场分析

基于小波的紧支性、正交性及Daubechies小波函数与其尺度函数的可微性,以Daubechies小波尺度函数作为Galerkin方法的基函数,研究求解任意复杂封闭空腔结构一声耦合场的方法。Galerkin法须要涉及Daubechies小波尺度函数的求导和积分,即所谓关联系数,而Daubechies小波不存在解析表达式且具有强烈振荡性,采用数值求导和积分存在很大误差。因此根据小波双尺度方程,给出求解结构—声耦合场中涉及的关联系数的精确计算格式。而后利用小波迦辽金法对一类似轿车车身的复杂封闭空腔,在20～250 Hz频段内进行结构—声耦合场预报,将计算值和试验测量值进行比较,证明该方法能够准确预报耦合场的固有频率和腔内声压分布情况。

特殊条件下矩形封闭空腔内自然对流数值研究

在封闭腔侧壁均匀加热且同时顶壁均匀冷却的特殊条件下 ,应用新的近壁面网格加密法 ,针对一个系列的瑞利数和纵横比 ,进行了详细的稳态自然对流换热问题的数值模拟 .通过分析诸多工况对流动形式和能量传递的影响 ,发现当纵横比较大时 (at>1) ,瑞利数对传热的影响比较明显 ;而当纵横比较小 (at<1)和瑞利数较大时 ,纵横比的影响比较明显 .对数值结果进行了回归 ,得到了Nu和Ra的关联式 。

基于多主体系统的封闭空腔有源力控制技术

将多主体系统(Multi-agent system,MAS)分布协同控制的方法应用到封闭空腔结构声控制中,解决整体控制架构的复杂性和智能单元的协调问题。提出由两个相邻弹性板围成的封闭空腔模型,利用模态叠加法分析腔内耦合声场的分布。在此基础上研究基于MAS的智能控制方法处理复杂的封闭空腔耦合噪声场的基本理论和可行性。通过对噪声控制问题进行逐层分解,构建相应的MAS控制架构。定义具有针对性的子控制器主体及其操作域和内部功能函数,并采用协调体结构中的类监督和竞争协调机制将各子控制器主体耦合起来,建立一个完整的基于MAS的封闭空腔有源力控制系统。仿真结果表明该系统对封闭空腔噪声控制具有可行性且降噪效果较好;同时还体现了并行运算、'即插即用'和高度稳定性等MAS的优势。

封闭空腔结构-声耦合场内辐射声粗糙度的研究

基于结构-声耦合场有限元模型以及改进后的Sethares非谐音心理声学模型,计算封闭空腔边界上声固耦合板受简谐力激励后引起的空腔内部辐射声,分析其在评价点被快速调制时产生的粗糙度,并研究调制音声压级、调制音频率以及耦合板刚度对辐射声粗糙度的影响。为计算封闭空腔内部声辐射被其它声源所快速调制时产生的声粗糙度提供依据和预测方法。

颗粒阻尼影响封闭空腔目标场点声压的试验研究

针对某封闭空腔,研究了颗粒阻尼对其目标场点声压的影响。推导了声压与模态振型函数的关系式,揭示了声压随模态变化的规律。对某封闭空腔进行模态试验,研究了其主要模态振型的构成。通过在封闭空腔模态振型中相对位移较大的面上布置颗粒阻尼,降低了封闭空腔内目标场点的声压。结果显示,相比无颗粒阻尼,当颗粒阻尼布置于封闭空腔的第1阶模态振型中相对位移较大的面上时,封闭空腔内目标场点的声压总有效值降低程度最大,由107.99 dB降至104.08 dB,下降值达到了3.91 dB。

封闭空腔声学特性研究

研究封闭空腔结构在声激励下出现的流固耦合问题,难点和关键点是弄清封闭空腔的声学特性。建立封闭空腔的有限元模型,根据空气的物理特性和空气中的音速,计算得到封闭空腔的声学固有频率;试验采用点声源装置、随机信号激励,采集时域数据进行功率谱分析,由频谱图得到共振频率,即封闭空腔的声学固有频率。比较并分析试验值与计算值,二者相吻合,对于轴向声学频率,有限元计算相对准确。

封闭空腔内声场分析的等效声传递向量法

提出了一种用于封闭空腔内声场的计算方法——等效声传递向量法。采用位于腔体表面附近的若干虚构声源的叠加声场来等效由结构振动形成的封闭空腔声场,通过匹配振动结构表面上的法向振速获得虚构声源的源强,建立起结构表面的法向振速与腔体内场点声压的联系,并推导了结构面板声学贡献度的计算公式。计算过程避免了边界元法中复杂的数值计算和奇异积分的处理,提高了计算效率。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。

颗粒阻尼对封闭空腔内场点声压影响的试验研究

首次研究了颗粒阻尼对封闭空腔内场点声压的影响。通过推导声压的计算公式,揭示了声压与模态振型之间的联系。通过某轿车车身简化缩小模型的模态试验,研究了其模态振型的构成。并通过在此封闭空腔的低阶振型内相对位移较大的面上布置颗粒阻尼,降低了此封闭空腔内参考点的声压。结果显示,相比无颗粒阻尼,当颗粒阻尼安装于此封闭空腔的第一阶模态振型内相对位移较大的面上时,封闭空腔内参考点的A计权声压级降低程度最大,由104.56 d B降至101.03 d B,下降了约3.4%。

室内有凸出热源和加热器的封闭空腔内自然对流换热

以采暖房间为背景,建立了一侧竖壁有一个加热器,下壁面有一个凸出热源的二维封闭空腔内自然对流换热的数学模型,并对不同的加热器温度和热源强度分别进行了数值模拟。根据计算结果讨论了加热器温度和内热源强度对空腔内温度场和流场分布的影响。

不同边界条件封闭空腔内噪声主动控制研究

应用模态理论对两弹性壁封闭空腔内耦合声场进行建模,弹性壁边界条件分别采用简支和固支两种情况来讨论。由于不同边界条件对应的结构模态振型函数不同,因此腔内初级声势能峰的幅值和位置不同,而目标噪声的选取与势能峰的大小有关;同时,控制力的位置也通过优化的声势能轮廓图来设计。利用优化的控制力可实现对腔内噪声实施主动控制。研究表明两种边界条件确定的控制力对腔内声场的控制均取得了一定的降噪效果,但封闭空腔和确定控制力的边界条件一致时,目标噪声的控制效果明显好于两者边界条件不一致时的情况。因此,准确判断弹性壁之间的边界约束对初级声场特性分析及声场控制具有显著影响。

封闭空腔自然对流的有限元模拟

本文旨在讨论有限元方法求解封闭空腔自然对流问题中几种典型模型的比较,并就流函数涡旋度方法及加罚函数方法进行数值实验,分析两类方法的不足之处,给出改进建议。

封闭空腔内两个等价自然对流换热问题

提出了在封闭空腔内竖直平板自然对流换热的等价问题，并在理论上对其加以证明，同时通过流动可视化实验定性地验证了上述等价问题。

复杂激励下封闭空腔结构-声耦合场分析

针对复杂激励情况,提出了一种分析封闭空腔结构-声耦合场的新方法。该方法首先利用弹性结构表面有限个测点的法向振速分布计算得到结构模态幅度向量;然后,重建弹性结构表面法向振速场并实现对整个腔内声压场的预测,并在此基础上,为提高重建精度、减小计算量,开展了结构模态截断和测点位置优化等问题研究,给出了结构模态截断原则和测点位置优化方法;最后,以板-腔耦合模型为例进行了分析。结果表明:所提结构-声耦合场求解方法是可行的,给出的结构模态截断原则和测点位置优化方法是有效的。

大高宽比竖环形封闭空腔内层流自然对流换热的数值研究

对大高宽比坚环形封闭空腔内自然对流换热问题进行了数值研究．考虑竖环形空腔内自然对流是符合Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假定的层流、稳态的二维轴对称流动，在适当Ｒａｖｌｅｉｇｈ数变化范围内，用涡量一流函数方程对该问题进行了数值模拟，得到了２≤Ｋ≤１０和Ａ＝２４的几何参数下竖环形封闭空腔在内管表面为等热流、外壁恒壁温情形的流动模式和换热规律，并讨论了数值计算结果与实验结果之间的一致和差异．

部分充满多孔介质的封闭空腔内自然对流的数值研究

采用Forchheimer Brinkman扩展模型数值研究了部分充满多孔介质的封闭矩形空腔内的自然对流,系统地考察了加热强度、渗透率、多孔区高度、导热系数比以及高宽比等参数对腔内流动与传热的影响,给出了相应的速度场与温度场,并得到了平均Nusselt数随时间的变化规律。

垂直矩形封闭空腔内自然对流传热的数值计算

对由两个不同温度的垂直等温壁和两个绝热或导热的水平壁所组成的二维封闭空腔内的自然对流传热进行了数值模拟；分析了瑞利数（Ｒａ）及Ａ值（高宽比）对腔内温度分布和空腔传热性能的影响，并提出了传热系数关联式．此外对高Ｒａ下在空腔中心出现的“逆向温差”现象也作了合理的解释，并校核了由Ｅ．Ｒ．Ｇ．Ｅｃｋｅｒｔ和Ｓ．Ｈ．Ｙｉｎ 提出的传热状态分区图．

单个局部内热源和外部加热同时作用时封闭空腔内的自然对流换热

本文描述同时由一个局部内热源和外部加热引起的封闭空腔内非稳态、二维、层流自然对流换热的数值分析结果,研究了外部雷利数、局部内热源相对强度、位置及尺寸大小的影响。给出了速度场和温度分布,得到了热壁和冷壁的平均和局部努谢尔特数及平均努谢尔特数随时间的变化。