高速铁路长大隧道音爆现象及斜井辅助泄压缓解效果研究

随着高速铁路隧道运营速度不断增大,隧道空气动力学问题日益凸显。为此,首先调研整理国内外典型高速铁路隧道音爆案例,并在国内某隧道开展一系列实车测试试验,分析200,250和300 km·h^(-1)3个典型速度条件下隧道内初始压缩波压力梯度与洞口微气压波峰值变化规律,并对比不同斜井启闭条件下的辅助泄压缓解效果。结果表明:音爆现象主要发生在长度大于5.0 km隧道;当列车速度低于300 km·h^(-1)时,测试隧道内初始压缩波压力梯度峰值与隧道洞口微气压波峰值相对较小,此时压缩波未发生激化,测试隧道洞口未监测到音爆;当列车速度达到300 km·h^(-1)及以上时,压缩波发生激化,初始压缩波压力梯度峰值与洞口微气压波峰值分别超过90 kPa·s^(-1),150 Pa,此时在测试隧道洞口监测到明显音爆现象;相同速度条件下,不同动车组通过测试隧道时隧道内初始压缩波压力梯度峰值与洞口微气压波峰值存在一定差异,CRH380系列动车组测试数据低于CR400系列动车组;开启斜井能够缓解压力梯度及微气压波峰值,但开启压力梯度峰值达到最大值位置之前的斜井缓解效果更好,而同时开启隧道进口、出口处2个斜井对于压力梯度峰值缓解率最大可达到27.5%。

京港高铁万安隧道音爆现象分析及缓解措施研究

列车运营速度不断提高容易引发高速铁路长大隧道音爆现象,对洞口声环境及行车秩序造成负面影响,而音爆发生机制及相关空气动力学指标特性尚不明确。基于京港高铁万安隧道实车试验,从音爆产生机制和原因、音爆声波频域特性、压力梯度与微气压波规律展开分析,并结合三维精细化数值仿真增补实车测试工况,针对测试隧道探究不同缓解措施的气动缓解效果。结果表明:1)压缩波在无砟轨道隧道内传播过程中,在非线性效应作用下发生激化,由此诱发了音爆的发生。2)音爆发生时,隧道洞外和洞内的音爆噪声中0~20 Hz的低频段占主要部分。3)列车时速低于300 km时,压缩波在隧道内激化较弱,隧道洞口未出现音爆噪声;当列车时速达到300 km时,压缩波在隧道内激化显著,洞口微气压波幅值较时速250 km时增长近5.5倍,洞口能够监测到明显的音爆噪声。4)对于测试隧道,3种缓冲结构型式缓解措施对于微气压波的缓解效果排序为进、出口同时增设动力学开孔<出口增设动力学开孔<开启3处斜井。

基于探针的声爆测量风洞试验技术研究

风洞试验是开展声爆研究必不可少的技术手段,而从复杂的风洞试验环境中准确获取具有弱信号属性的声爆信号是风洞试验技术的关键。为研究暂冲式跨超声速风洞试验环境对声爆信号测量的影响,依托小型暂冲式跨超声速风洞,研制以干扰最小化针状探针为测量设备的试验装置,建立探针、模型独立运动的双运动试验系统,发展基于探针的声爆测量技术。以典型锥柱体模型为研究对象,对比了探针固定、模型移动和模型固定、探针移动2种试验方式所获完整声爆信号的差异,研究了锥柱体模型声爆传播规律和风洞背景流场对声爆测量的影响。结果表明:模型固定、探针移动和探针固定、模型移动2种试验方式相比,前者将引起声爆信号畸变,导致较为严重的声爆信号失真,后者得到的声爆信号曲线更为光滑准确,是相对更可靠的试验方式;风洞背景流场分布对声爆信号测量影响显著,声爆测量风洞试验须详细掌握风洞背景流场分布并尽可能保持其稳定,再在此基础上对模型、探针在风洞中的位置及模型与探针的相对位置进行严格选取。

低声爆超声速客机声爆预测及不确定度量化分析

声爆精确预测问题是制约超声速客机技术突破的关键瓶颈之一。由于大气来流条件不断发生波动存在不确定性,为得到更可靠的声爆近/远场信号,需考虑来流参数的不确定性对声爆预测结果的影响,并甄别其中影响声爆预测的关键性因素,为工程实际应用提供有价值的参考。本文基于CFD声爆近场信号模拟和增广Burgers方程的声爆远场信号预测方法,对第三届声爆预测研讨会(SBPW-3)的C608低声爆超声速飞行器开展了声爆信号特性分析。首先,采用约5021万非结构混合网格半模计算了近场过压值,并研究了远场地面波形计算的时间和空间网格收敛性。接着,分析了基准状态下复杂近场流动特征及地面波形特征,通过与C608飞行器公开数据对比,验证了该方法和自研程序的准确度。此外,研究了不同物理模型和大气相对湿度对地面波形的影响。在此基础上,运用基于非嵌入式多项式混沌(NIPC)方法开展了对不同来流参数(来流马赫数、来流攻角和单位雷诺数)的不确定度量化分析和敏感性分析。结果表明,在给定的输入变量不确定度条件下,地面波形波峰与波谷处过压值变化明显。相比而言,来流单位雷诺数对地面波形过压值的影响显著低于来流马赫数和来流攻角的影响。

超音速飞机压强场的机器学习预测方法研究

超音速飞行过程中由于近场空气压强过大而产生音爆现象,会对周围环境产生重要影响。如何预测飞机近场和远场的压强值,对超音速飞机设计和评估极其关键。首先通过Fluent计算飞机在不同马赫数下近场的压强,其次通过机器学习线性回归算法拟合远场的压强场,最后通过模拟数据验证模型的准确性。结果显示,模型预测精度相对误差在5%以内,研究结果可以为超音速飞行器音爆测量与预测提供理论基础。

纵弯转换超声振动雾化系统的雾化特性研究

提出了一种由夹心式纵向振动换能器与弯曲振动圆盘构成的纵弯转换模式的超声振动雾化系统。弯曲振动圆盘的周边与变幅杆的端部相连接,并在变幅杆纵向振动的激励下产生弯曲振动。受圆盘弯曲振动的作用,液体在圆盘的端面上实现雾化。通过理论分析和实验对这一振动雾化系统的振动特性、辐射阻抗和声场进行了研究。结果表明:该系统比传统的纵向振动雾化系统具有更高的功率输出能力,并且可以使液体雾化后具有更强的指向性和作用能量。

井旁裂缝的声场模拟及反射波提取方法

针对现有阵列声波测井仪器,对井旁不同角度和不同位置裂缝的全波波列进行了数值模拟。结果表明,在现有仪器源距范围内,地层滑行纵波和滑行横波之间可能观测到清晰的反射纵波,而反射横波以及转换波由于到达时较晚,被湮没在滑行横波以及斯通利波中;对于水平缝或低角度缝,在全波波列中可观测到直达斯通利波和反射斯通利波。在此基础之上,以线性预测理论为基础,本文提出了一种适合于阵列声波测井测量方式的反射波提取方法,该方法有别于传统的波场分离方法,可针对阵列声波测井数据的特点有效地将反射波提取出来。特别是通过对不同的阵列数据进行道集组合,分别将上行反射波和下行反射波分离,进一步对反射波数据进行叠加,可增强反射波信息,提高信噪比。通过对现场实际数据进行处理,搞清了井旁附近的地质构造特征,验证了该方法的有效性和实用性。

基于ANSYS的二维结构声场混合有限元模型研究

为了求解复杂结构体下的声场分布,采用ANSYS软件建立了声场-结构二维混合有限元模型,给出了ANSYS软件中混合模型的建模方法,通过在结构体四周设置结构体与空气耦合单元,将结构模型因受力发生形变而产生的噪声声压耦合到空气中,实现了混合声场模型的求解。模型求解结果表明,该模型能很好地解决声场与结构场的耦合问题。

基于围岩松动圈现场测量的巷道支护优化

为研究三山岛金矿深部-600 m水平巷道围岩的松动圈范围与应力状态,使用RSM-SY6型声波检测仪进行围岩松动圈现场测量,运用FLAC3D数值模拟方法分析围岩应力,验证测量结果。基于现场测量的结果和应力分布情况,采用围岩松动圈支护理论,对三山岛金矿的巷道支护形式和参数进行优化。结果表明,经过参数优化后的支护方案,可以在保障安全生产的同时创造经济效益,并为矿山今后的支护设计提供技术参考。

声场影响氧化锆纳米粉体溶胶-凝胶制备过程的研究

研究了不同声场作用下 ,溶胶 -凝胶制备氧化锆纳米粉体过程中凝胶的形成及性状。结果表明 ,在适当的声场作用下 ,可得到颗粒均匀、分散性好。

考虑导热对流和辐射作用的轴对称收扩喷管壁温计算

基于N-S方程求解了包括引射流、加力燃烧室在内的轴对称收扩喷管内外流一体化的流场,建立了考虑导热、对流换热和辐射换热作用的轴对称收扩喷管各层壁温分布的计算模型,包括隔热屏、喷管筒体、外调节片三层结构.对某航空发动机进行了多工况计算,燃气的物性随压力、温度和油气比的变化采用了一系列精度较高的计算公式和计算方法.计算结果表明:基于密度求解器求解包含引射流在内的轴对称收扩喷管内外流一体化的跨声速流场是成功的.隔热屏和收扩喷管筒体沿流向温度逐渐升高,喷管筒体壁温在喉部达到最大,在扩张段逐渐降低;收扩喷管外调节片壁温与收扩喷管筒体的壁温变化规律相同,但是壁温最大值则位于喉部前某一位置.计算结果与经过试验验证程序的结果符合良好.

超声波防垢的声场参数实验研究

实验研究了超声场参数与防垢率之间的关系,其中频率、声强、辐照时间和脉冲宽度是影响防垢率的主要因素,而间歇比为次要因素.对本实验系统而言,声场参数有一个最佳范围,频率20～25kHz、声强0.2～0.4W/cm2、脉冲宽度大于10ms、声辐照时间大于3min、间歇比3～5.实验优选出的参数为现场应用提供了依据,并在现场取得了明显的效果.

考虑声波折射的声学锅炉温度场测量技术的研究

根据炉膛断面理想的温度分布函数,给出了二维单峰圆对称模型温度场,数值计算了声波在模型温度场中沿直线路径的传播时间,用声学CT算法进行了温度场的重建仿真。根据光学Fermat原理和数学变分方法建立的声波传播路径的数学模型,数值计算了声波在模型温度场中的折射传播路径,发现声波在非均匀温度场中不沿直线传播,其传播路径朝向温度较高的区域发生弯曲。利用得到的声波实际传播路径,用声学CT算法重建了温度场,结果表明考虑声波折射后建立的声学法二维温度场精确度得到提高。

井壁附近偏心声源在井壁上激发的声场数值研究

根据井内偏心声源激发的二维声场及井壁不同位置的波形可以在井壁上激发环绕井壁传播纵波、横波及其它面波的理论 ,用实轴积分法计算了位于井壁附近的声源在井内液体和固体界面上激发的声场 ;结合液体与固体中的二维声场分布特征 ,探讨了测量地层水平或接近地层水平方向声速的可能性 ;由三维计算结果显示井壁上不同时刻的声场分布 ,直观显示各种波在不同水平面、不同方位角处的幅度分布 ,得到了纵波。

利用变径声粒子进行空间声场的仿真

为实现封闭空间声场的计算机模拟,在声线跟踪法基础上,提出了变径声粒子跟踪方法,该方法有效的解决了在经典声线法中接收区域的选取影响仿真效果这一难题。在VisualBasic6.0的基础上编制了仿真软件,仿真实验结果表明,该方法是可行的。

多场信息预测基岩潜山裂缝性油气储层——CB潜山应用实例

针对海相碳酸盐岩和花岗片麻岩基岩潜山裂缝性油气储层在横向上变化大、非均质性强的特点 ,本文探讨使用构造应力场模拟技术、地震相干分析技术和合成声波测井技术来提取不同场源、从不同侧面反映海相基岩潜山裂缝性油气储层的特征和信息 ,联合对油气储集体做出预测和描述。在勘探生产中应用后证实 ,此方法能够有效地减少对预测目标的多解性 ,显著地减少偏差 ,从而为提高油气勘探开发成功率提供较准确的地质依据。

声线跟踪法的改进—变径声粒子跟踪法

对房间声学计算机模拟方法中的经典方法之——声线跟踪法进行了分析。借用声粒子的概念,提出了用跟踪变径声粒子进行房间声学仿真的方法。在拥有较高仿真速度的同时,该方法克服了声线跟踪法中接收器区域大小选择的困难。用Visual Basic 6.0编制了仿真程序并进行了仿真实验。

天然电磁场日变规律实验观测

开展了天然交变电磁场日变规律的实验观测工作,由此探讨日变场的变化规律,以及天然电场选频法的基本原理。在同一地点或两个分离的点上,采用两台仪器对天然电磁场的日变情况进行同点同时观测和异点同时观测,获得日变场的变化曲线。分析采集结果,在工作区范围内天然交变电磁场具有同源性和波动性的变化规律。结合实例,叙述了野外采集和数据处理的一些方法,以压制背景场干扰而造成的假异常。

超声检测技术讲座 第一讲 超声检测的物理基础

简要介绍了波与振动的关系，超声波的分类，超声波的传播特性与声场特征量。同时介绍了超声波换能器（探头）及其等效电路。

欠膨胀高速湍流射流近场特性的数值模拟

发展了分析欠膨胀高速湍流射流近场特性的数值方法，计算了不同背压比条件下声速喷管出口附近膨胀区的波系结构。