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。

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。

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。

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。

应用GPS可降水量分析河北省一次回流降雪天气

利用地基GPS反演的可降水量资料、地面加密自动站和常规天气资料,对2011年2月发生在河北省的一次回流降雪天气过程进行了分析。结果表明:①降雪过程前期,GPS可降水量由西南向东北逐渐增大,后期自北向南减小,与西南暖湿气流的输送和地面冷高压的南压对应。②第1阶段降雪的主要影响系统为高空槽,GPS可降水量不断增加,对应的实际降水也是先增后减;第2阶段的降雪主要表现为回流降雪,降雪前期GPS可降水量迅速增长,实际降水出现在GPS可降水量峰值及下降阶段。随着地面冷高压逐渐南压,GPS可降水量逐渐下降,实际降水也逐渐减弱至停止。③在探空层结曲线上,高湿层位于地面附近和700hPa附近,而二者之间的近地层存在着低湿层。

利用地层体积压缩系数评价气层的方法研究

对气层的评价特别是套管井的气层评价,常采用常规测井分析程序,即利用电阻率和孔隙度测井按骨架、孔隙流体以及泥质等电阻率并联模型,按照各种计算含水饱和度公式计算得出地层的含水饱和度,确定地层的流体性质,对地层作出评价。常规测井程序无法利用现有的资料得出准确的结果。采用压缩系数模型对矿物成分和具有不同压缩性的孔隙流体以及声波等测井资料进行研究,编制了针对气层测井分析程序(CFI)。应用CFI程序结果表明,在现有常规资料条件下,该程序可以准确识别储层中的气体。

单喷管火箭发射喷水降噪机理研究

针对捆绑式运载火箭发射技术特点,提出并研发相对简化的单喷管火箭发射喷水降噪机理模拟试验系统,完成单喷管火箭发射喷水降噪机理初步试验研究。对喷水降噪模拟试验流场数据、资料的分析表明,低速常温液态水射流喷入高速气态喷流后,液态水瞬间雾化,实现高速气态喷流动量、能量交换,高速气态喷流形成高声强噪声的声效转换能力由此下降。雾化水汽在后续推进过程浓度十分均匀,改变甚至切断原喷流噪声传播途径。发射喷水降噪模拟试验噪声频谱分析表明,喷水条件下喷水具备宽频范围内抑制噪声能力,同时,喷水抑制喷流噪声中啸音能力突出。

涨落潮历时时间不等显著海区的水位改正问题

在涨潮、落潮历时时间不等显著的特殊海区实施水深测量水位改正,不合理的计算潮时差将与实际产生明显差异。分析了涨落潮历时时间不等产生的原因,推导了涨落潮历时时间的近似计算公式,为保证水深测量成果质量,提出了在类似海区应逐日分别计算涨潮和落潮时段的潮时差以实施较合理水位改正。

海底渗漏气泡流量测量过程的模糊控制

为了使海底天然气渗漏气泡流量测量过程具有稳定性和较高的测量精度,需要对气泡-水两相流介质的声场强度进行控制。根据测量装置的静态和动态特性以及声波线性传播方程,建立了声场强度的控制模型,针对被控环节的输入输出关系设计了模糊控制器。之后在MATLAB Simulink里面建立仿真模型,并进行了仿真实验。仿真结果表明,经过模糊控制器的调节,介质的声场强度可以跟踪被测介质中的气泡状态变化,其输出值的波动小于5%。该模糊控制器可用于海底渗漏气泡流量测量仪器的控制电路,从而实现了声波声场强度的控制。

水深测量误差对流量资料整编精度的影响分析

为了研究在测深杆悬挂流速仪法实测流量时,水深观读误差对流量成果精度的影响,作者采用实例数据进行了对比分析。结果表明,在测深杆迎水面和背水面观读水深时所产生的误差都会给流量测验精度带来较大影响,而且会引起水位～流量关系曲线的明显偏离,给流量资料整编成果带来较大误差,在一定程度上降低了河流流量资料的使用价值和精度标准。针对误差来源,提出了减少水深测量误差的具体建议。

固体边界:复杂黏性流动之源

在固体边界上,黏性流动中的纵横过程通过黏附条件发生交叉耦合,导致这些过程从无到有的产生,形成流场内部复杂结构与过程的源头。深入理解这些边界耦合对于优化构型设计和流动与噪声控制有重要的实践意义。在刚性物面上,压力梯度和加速度的切向分量是最主要的边界涡量源,有关理论已在工程实践中发挥了作用;而边界拟涡能流和熵梯度则反过来成为可压缩流的边界胀量源。本文阐述纵横过程在物面上产生机制的一般理论,并讨论几个在不同领域中通过实验、理论和计算结合研究的内流纵横过程闭环耦合的案例。除了这些耦合机制导致的纵横过程的边界源之外,深入研究边界上不同物理量之间的相互关联,还能从已知或可测的边界“脚印”推断未知或难测的边界“脚印”,如从压敏漆测得的物面压力梯度推断摩擦力场。这些研究有助于澄清近壁湍流结构与噪声的形成机制。

主动射流抑制云空化及流致噪声的研究

云空化及其诱导噪声对螺旋桨、船下附体等海洋装备的水动力性能有不利的影响。针对NACA66水翼,提出了在吸力面上布设单排射流孔向流场中注入流体,以期改善流场。采用密度修正的k-ε湍流模型和ZGB空化模型对水翼的云空化非定常过程进行数值模拟,数值计算结果与试验观测吻合较好。研究结果表明:在相同的云空化条件下,主动射流有效地抑制了空化的发生、发展和脱落,并对水翼近场噪声的降低具有积极影响。与原始水翼相比,射流水翼云空化团的脱落频率降低了41.2%,在一个周期内的平均空泡体积减少了72.9%。采用主动射流后,低频段的噪声峰值得到大幅削弱,中、高频段的噪声普遍降低。监测点的总声压级平均降低了16.1 dB。这项研究对海洋装备领域抑制空化、降低流致噪声和改善水动力性能具有一定的参考意义。