气井环空液面下泄漏声场模拟

气井油套管环空液面下泄漏声波的产生及传播机理一直备受关注。为研究液面下泄漏声波声源特性,建立了井下油套管环空泄漏物理模型,联合STAR-CCM+软件对环空液面下气体泄漏状态进行了流场及声场的仿真分析,得到了泄漏流场的压力和相态云图及不同泄漏孔径、泄漏位置和泄漏速度下的声压频率曲线。研究结果表明:随着泄漏速度升高,泄漏气流冲击管壁且液面震荡剧烈,液面下泄漏声源主要以四极子声源为主;液面上泄漏声源主要由液面震荡破裂及液面下四极子声源共同产生,泄漏声波能量的主要频率分布在0~100 Hz区间;在单一变量条件下,泄漏声压级随泄漏孔径、泄漏速度及泄漏位置距底部距离的增大而增大。研究结果可为在井口应用声波法检测液面下泄漏奠定理论基础。

采煤工作面水流声的降噪算法研究

采煤工作面水害事故发生前伴有水流声出现,为减小常见机械设备噪声对水流声识别的影响,提出了一种改进小波阈值降噪法。为了补偿水流声在采集过程中高频信号的损失,对其进行了预加重、分帧、加窗等预处理;采用小波软、硬阈值函数折衷法对阈值函数进行改进,避免了信号处理后带来的附加振荡问题;在固定阈值中引入了分解层数j,变化的阈值可最大程度分离水流声信号与噪声信号。结果表明,改进小波阈值降噪法相较于谱减法、子空间法和小波阈值法的硬阈值函数,输出信噪比提高了1 dB以上,降噪性能提升了15%左右;相较于小波阈值法的软阈值函数,当输入信噪比大于0 dB时,输出信噪比提高1 dB以上,可有效降低水流声信号中的机械设备噪声干扰。

炉管内壁结焦流致噪声声场特性的数值模拟

炉管内壁结焦是管式反应器长期安全运行的重要影响因素。由于炉管内壁结焦会诱发异常流动噪声,因此可采用声学方法检测炉管内壁结焦状态。以含焦块区域的炉管为研究对象,基于大涡模拟和广义莱特希尔方程对结焦初期的炉管进行二维数值计算,并对计算得到的焦块附近噪声分布特性进行研究。结果显示:炉管内壁结焦时,由于湍流应力作用,焦块后方会出现明显的流动噪声场,且声场强度随距离逐渐减弱。此外,研究模拟分析了不同高度和不同迎角焦块对流致噪声的影响,发现随着焦块高度从2 mm增加到8 mm,总声压级增加35 dB。研究工作可为炉管内壁结焦状态的声学检测提供指导。

不同航速下SUBOFF流噪声频谱相似律研究

研究流噪声与航速关系可以有效地解决高航速水下航行器流噪声预报的难题。基于Lighthill声类比理论,研究缩尺比为1∶24的SUBOFF模型在特定航速范围内的声源特性,得到了流噪声频域结果与航速关系,给出了不同航速下基于斯特劳哈尔数和航速关系的流噪声频谱换算方法。研究结果表明,随着航速的提高,SUBOFF声指向性形状基本不变,低频范围内声辐射具有偶极子特性,辐射声功率的大小与航速的6次方成正比。在同一流场模型下,基于偶极子换算关系下的高航速原型预报值和大涡模拟计算值总声功率级和总声源级误差分别为1.2 dB和2.3 dB。

二代定量血流分数评估血管腔直径在冠状动脉支架植入术中的应用价值

目的探讨二代定量血流分数(quantitative flow ratio 2,QFR2)测量冠状动脉血管腔直径是否具有作为经皮冠状动脉介入(percutaneous coronary intervention,PCI)治疗中选择合适支架尺寸的参考价值。方法回顾性纳入并分析2021年2月至2021年9月在广东省人民医院行PCI治疗中有血管内超声(intravenous ultrasound,IVUS)检查的冠状动脉粥样硬化性心脏病(coronary heart disease,CHD)患者96例的资料。以PCI治疗后IVUS测量的植入支架的边缘近、远端血管腔直径为“金标准”,用QFR2、定量冠状动脉造影(quantitative coronary angi⁃ography,QCA)测量的支架边缘近、远端血管腔直径与IVUS测量的支架边缘近、远端血管腔直径进行比较,探讨QFR2测量的支架边缘近、远端血管腔直径与IVUS测量的支架边缘近、远端血管腔直径的相关性和一致性。结果96例CHD患者(100条血管,植入157枚支架)入选本研究。QFR2、QCA和IVUS测量的支架边缘近端(P=0.481)和远端(P=0.083)血管腔直径之间比较,差异无统计学意义;QFR2和IVUS测量的支架边缘近端(r=0.892,P<0.001)和远端(r=0.880,P<0.001)血管腔具有较好的相关性,其优于QCA与IVUS测量的近端(r=0.723,P<0.001)和远端(r=0.718,P<O.001)血管腔直径的相关性。QFR2测量的支架边缘近端(平均绝对差值为0.09,平均差值的95%可信区间[LOA]为-0.55~0.37)、远端(平均绝对差值为0.16,LOAs为-0.64~0.31)的血管腔直径与IVUS的一致性均优于QCA(近端平均绝对差值为0.02,LOAs为-0.83~0.78;远端平均绝对差值为0.14,LOAs为-0.96~0.69)。结论与QCA相比,QFR2在测量血管腔直径方面同IVUS具有更好的相关性和一致性。QFR2显示的血管腔直径对于帮助术者选择合适的支架尺寸具有一定的参考意义。

基于归一化流概率模型的水电机组异常声音检测

为推进水电机组智能化运维的发展,提出了一种自注意多阶统计量池化(SAMOSP)归一化流条件概率模型(NFCPM)用于水电机组的无监督异常声音检测。文中首次提出了自注意多阶统计量池化模块。该模块首先用一维压缩卷积层和瓶颈压缩激励部分自注意到时间帧的权重向量。权重向量用来计算多阶统计池化向量。然后再分频段的自注意到多阶统计池化量的不同权重,并按其提取不同频段的重要统计量信息,从而得到时频图的自注意统计池化特征向量。接着用归一化流条件概率模型对从水轮机组正常音频信号中提取到的自注意统计池化特征向量进行正常数据的概率建模。不同时间段的测试样本在该正常数据概率模型中进行测试,并得到相应的分数。分数越低表示概率密度越低,则异常程度越大,从而实现水电机组音频信号的无监督异常检测。

汽车集成水箱噪声数值模拟研究

针对汽车集成水箱正常工况下水流翻滚噪声机理,采用声学Lighthill声类比理论与计算流体力学(CFD)流场耦合,对水箱电机侧进行数值模拟研究。本文采用SST(Menter)K-Omega分别对优化前与优化后水箱内部结构进行流场定常分析以及通过分离涡模型进行非定常求解,输出水箱内部压力与速度云图、叶轮脉动压力云图,然后作为声学有限元与无限元数值计算的输入进行直接频响分析,对比不同模式下水流噪声,分析水箱内部声压级变化。结果表明:冷却液翻滚声主要集中在50~500Hz,通过箱体传递,内部水箱挡板处形成明显的涡流现象,声压级分布较大,整体属于宽带噪声特性曲线。优化流道板模型水箱噪声降低3.65dB,涡流强度减小。研究结果对汽车水箱设计和性能改造提供很多的理论基础。

400 km/h高速列车车下带格栅裙板区域气动噪声机理及影响因素分析

位于高速列车车体下部区域的通风口格栅与设备舱壁面构成格栅–空腔结构,列车高速运行时,该结构的流声耦合问题较为突出,有必要深入分析其流声耦合机理。将位于车体下部区域的带格栅裙板简化为带格栅的二维空腔模型(格栅–空腔结构),采用延迟分离涡数值模型(Delayed Detached Eddy Simulation,DDES)研究其气动噪声产生机理、流场和声场特性等。研究结果表明:当列车以400 km/h速度运行时,格栅–空腔结构开口处的剪切振荡较为剧烈,特别是空腔冲击边缘附近区域;基于总声压级的空间、频域分布和湍流压力波数–频率谱,发现形格栅–空腔结构的流场始终处于自激振荡的过渡状态,且各位置的总声压级和波数域上的振荡幅值始终低于V形格栅–空腔结构和半圆环形格栅–空腔结构;对目前常用的半圆环形带格栅裙板考虑通风口的出风作用后,观察到空腔内部的涡团演化明显减缓,直接导致格栅附近的总声压级大幅下降约15 d B,表明出风作用能够显著降低带裙板格栅的近场噪声。

高马赫数内埋武器舱被动流动控制措施

高马赫数(Ma>2)武器舱剪切层更强、更稳定,其噪声产生机制与通常的亚、跨、超声速武器舱流动不同,导致用来抑制空腔噪声的流动控制措施也不同。分别采用数值模拟和风洞试验2种手段,研究了圆柱形机身和马赫数对空腔流动特性的影响,以及前缘锯齿、前缘立柱、前缘横柱、前缘挡板等不同被动流动控制措施对高马赫数武器舱声压级特性的影响,为高马赫数武器舱的流动控制措施设计和研究提供参考。研究表明:圆柱形机身对空腔底部的压力分布会产生影响,压力分布的不均匀性增大,后壁附近的压力峰值增大;对通常的亚、跨、超声速武器舱流动较为有效的被动流动控制措施,对高马赫数空腔流动效果不明显,甚至会加大武器舱内的噪声等级,需要开展更为深入的研究,以设计更为有效的流动控制措施。

仿生导流叶片管路降噪特性研究

本文基于仿生技术对导流叶片进行再设计,研究其降噪特性。基于水管路系统实验平台,对带导流叶片管路进行实验研究和仿真计算,验证了LES/Lighthill的混合计算方法的可靠性;采用混合计算方法对不同流速下带仿生导流叶片的管路进行流场及声场计算,揭示导流叶片仿生设计对管路流场及声场的影响机理。结果表明:仿生设计后的导流叶片可以有效抑制尾部及壁面涡的产生,从而抑制流噪声;不同流速下的降噪效果不同,其中在2 m/s流速下效果最佳;在计算频段内,2 m/s流速下降噪效果最稳定。这些发现为导流叶片的仿生设计在噪音控制领域的应用提供了重要的参考和指导。

深水钻井浅水流声学特征模拟实验及模型应用

深水钻井一旦钻遇浅水流极易出现井漏甚至井喷等重大事故。常规地震剖面进行定性预测浅水流的准确性较低,为此提出了一种基于模拟实验的定量预测浅水流压力并对风险等级进行评价的方法。根据声波在水中及饱和岩石介质中的传播速度特征,进行了浅水流声学模拟实验。研究表明:纵波在深水浅水流地层中的传播速度随着地层压力的增大而增大,地层孔隙度越大,声波传播速度越小;通过数据拟合得到纵波速度与浅水流地层压力、孔隙度之间呈幂指数函数关系,根据实验结果建立了声速与浅水流地层压力、孔隙度的双参数模型,用于根据声速预测浅水流地层压力;利用有限元软件进行了浅水流地层的地质建模及放喷模拟,定义浅水流对钻井造成不同风险等级的压力系数范围。在中国南海深水区进行了浅水流声学预测及风险评价方法现场应用,验证了深水浅水流声波识别预测技术的可行性。

高马赫数空腔非定常流动机理

空腔流动广泛存在于飞行器中,内埋弹舱流动是最典型的空腔流动之一。空腔流动结构复杂,并且由于剪切层、涡和激波的相互作用,会产生强烈的压力脉动。针对高马赫数空腔强剪切、强激波的流动特点,提出基于非结构混合网格的中心型和迎风型格式混合方法,通过高马赫数空腔标模算例验证,计算得到空腔1阶、2阶主频与试验数据相比误差不超过5%,空腔噪声强度与试验数据相比误差不超过10 dB,验证了所提方法的可靠性。采用数值模拟方法,开展高马赫数(大于2)空腔流动的脉动特性研究,分析了不同马赫数对空腔声压级的影响,讨论不同马赫数下空腔脉动的产生的声学机制。研究表明:在高马赫数条件下,剪切层动力学与空腔声学的耦合减小,随马赫数增加,空腔振荡的物理机制由Rossiter模型的旋涡声学共振机制转变为闭箱声学机制。

水下低频振荡涡流场声散射调制机理与特性研究

水下涡流场对声波的散射问题是声波在复杂流场中传播的基本问题,在水下目标探测和流场声成像领域具有重要意义.针对水下低频振荡涡流场声散射调制问题建立了理论分析模型与数值计算方法,探究了其声散射调制声场的产生机理与时空频特性.首先,基于运动介质的波动方程,通过引入势函数将波动方程分解为流声耦合项和非耦合项,并对流声耦合项进行频域分析处理,揭示了水下振荡涡流场的声散射调制机理;其次,采用间断伽辽金数值方法对水下低频振荡涡流场中声传播过程进行了数值模拟,分析了低马赫数条件下,不同入射声波频率、涡流场的振荡频率和涡核尺度对涡流场声散射调制声场时空频特性的影响规律,并结合理论分析模型对其特性进行了解释.研究表明:低马赫数下,振荡涡流场对声波的散射可产生包含涡流场振荡频率双边带调制谐波的散射调制声场,且随着入射声波频率、涡核尺度的增大,散射调制声场强度增强,总散射声场空间分布具有对称性和明显主瓣,且主瓣方位角趋近于入射波传播方向;在频率比远大于1条件下,涡流场振荡频率对散射调制声场强度影响较小.

连续纤维展纱工艺研究进展

预浸料作为制备连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPC)的中间材料,其性能的好坏将对CFRTPC的性能产生直接的影响,而预浸料的性能则是通过树脂浸渍纤维的程度来评判,提高树脂基体的流动性和纤维的展开程度均可以起到提高树脂浸渍纤维的程度。本文就提高纤维的展开程度即展纱工艺,结合国内外相关研究分别对机械展纱、气流展纱、声波展纱、超声波展纱和静电展纱进行了详细的介绍,并对展纱工艺的发展做进一步展望。

高频声表面波液滴雾化器设计与实验研究

针对现有的雾化装置粒径分散较广及难以生成大量微米级与亚微米级液滴等问题,设计并加工了一种基于声表面波的液滴雾化装置。首先,利用COMSOL仿真软件对声表面波器件的结构建模并进行压电仿真分析,模拟声表面波的振动传播,得到其谐振频率为18.269 MHz。其次,基于声-压电耦合多物理场模拟声波在固-液界面的衍射,以及在液体中的传播过程。最后,加工声表面波雾化实验装置并进行液滴雾化实验,通过调整激励信号频率与输入功率实现了液滴的稳定雾化,对雾化后的液滴粒径分布进行测试。实验结果表明,当输入信号幅值为420 mV,谐振频率为19.259 MHz时,该装置生成大量微米级细小液滴,液滴粒径基本呈三峰分布,主要集中在3μm、30μm与500μm。

并联石墨烯热声激励器的声场建模及实验研究

主动流动控制技术是提升航空航天飞行器气动特性的有效手段,其中激励器是这些控制技术的核心组件,如等离子体激励器、合成射流激励器以及振荡射流激励器等。本文提出了一种基于热声效应的并联石墨烯热声激励器,该激励器具有结构简单、输入功率低、控制频率宽以及结构适应性强等优点,能够适应飞行器各种复杂曲壁面安装环境和变飞行工况,具有良好的应用前景。具体而言,该热声激励器利用石墨烯材料比热容极低和热导率高的特性,通过焦耳加热原理向周围空气辐射周期性的声场以进行声激励控制。首先,通过热声理论对石墨烯热声激励器进行声场建模,建模中加入了组合声源叠加原理,优化了声波相位差和声场指向性计算方法;其次,改进了石墨热声烯激励器的电路连接方式,采用并联石墨烯薄膜有效提升了声场声压幅值;最后,搭建了石墨烯热声激励器的声压测试平台,验证并研究了并联石墨烯热声激励器的声场特征,分析了输入功率、频率、测试距离等因素的影响。

空调用贯流风机特性研究及性能优化

贯流风机是小型分体式热泵空调器送风模块的重要组成部件,其流场特性、声场特性以及性能优化受到重点关注。通过整理分析国内外空调贯流风机的研究成果,总结贯流风机的流场特性和声场特性的研究现状,主要围绕贯流风机的流场、声场及其性能优化这3个方面的研究成果展开综述,对贯流风机今后的研究工作提出展望。

新型通海阀流噪声的数值模拟对比研究

角式双球阀作为一种新型通海阀,针对其内部流道结构在不同流速下产生的噪声问题,基于计算流体动力学(CFD)与直接边界元法(BEM)对其进行流噪声数值模拟研究,分析2种不同结构形状角式双球阀的流噪声声压级以及其不同流速下的流噪声变化规律。结果表明,2种结构声压级均随频率的升高而降低,低流速时,双球阀低频特性更明显;开放式流道结构流噪声声压级明显高于封闭流道结构,由于封闭流道结构内部流体较好的流通性,其噪声总声压较开放式结构下降约26.9%,降幅为17 dB(A),封闭结构设计可以有效降低通海阀内流道流体脉动压力与流噪声,从而为新型通海阀的降噪优化提供一种新思路。

某敞篷车座舱流场及人耳处噪声特性分析

通过CFD对某敞篷车座舱流场进行了数值仿真研究,分析了敞篷车在不同速度下的座舱流场变化特征,并监测人耳处的气动噪声。研究发现,座舱两侧气流会从座椅后方卷入座舱,并以两乘员人体为中心形成涡旋;座舱后背存在逆向回流并与前风挡分离的气流在座舱上方发生碰撞形成涡脱,该涡脱逐渐向座舱内发展。人耳处的噪声监测发现,外耳A计权声压级比内耳A计权声压级大5 dBA左右;通过声品质参数的客观评价发现,敞篷车气动噪声具有响度较大、尖锐度较小(“粗犷”)的声源特性。

尾缘结构变化对空调外机轴流风叶声场的影响

为探索空调外机轴流风叶尾缘结构变化引起的气动声学变化,参照国标噪声测量方法,搭建传声器阵列,测量不同尾缘结构风叶在不同转速下的声压级信息;采用波束形成技术,探究不同尾缘结构风叶在不同转速下的声源位置分布规律。结果表明:与原风叶对比,尾缘凹陷结构风叶、尾缘微孔结构风叶、尾缘锯齿结构风叶均能有效降低气动噪声,其中尾缘凹陷结构风叶可降低噪声1.93-2.78 dB;原风叶、尾缘微孔结构风叶、尾缘锯齿结构风叶声源位置随频段的增加逐渐远离旋转中心,其中在频段Ⅰ四种风叶声源位置都位于轮毂和叶根附近,在频段Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ尾缘凹陷结构风叶声源位置分布在尾缘凹陷结构区域附近。为优化风叶气动声学性能提供试验参考。