Oseen涡流场中二维平面声波的散射特性
发布时间：2020-10-02 07:42
传统的声化学反应器中容易产生驻波声场,不利于提高处理的效率。常用来消除声化学反应器中驻波声场的方法多是从声波的辐射方式上来改变反应器中的声场分布,但多应用于小型声化学反应器。或者增加换能器的方法来提高处理效果,造成了一定的资源浪费。本文采用交错网格的时域有限差分法结合吸收边界求解声扰动方程,模拟声波在单个涡流场以及多个涡流场中的传播特性,从而用来改善声化学反应器中的声场分布,消除驻波声场。研究表明:(1)声波通过涡流场后的偏转方向与涡流场中的涡旋方向有关,当涡旋沿顺时针方向旋转时,声波在涡旋的作用下向下偏转;当涡旋沿逆时针方向旋转时,声波向上偏转。而且声波的偏转角度随着马赫数是增加而增大,最后被散射到各个方向上。(2)当背景涡流场为反向旋转涡对流场时,涡流场对声波的作用随着入射角度的变化而变化。当两个涡旋相对于入射声波来说水平排列时,反向旋转涡对流场对声波的散射作用最小;当两个涡旋相对于入射声波来说竖直排列时,反向涡对流场对声波的散射作用最大,在入射声波方向指向性更明显。而且当上方的涡旋沿逆时针方向旋转而下方的涡旋沿顺时针方向旋转时,两个涡旋之间的声压会减小,两个涡旋的上下部分声压会增加;当上方的涡旋沿顺时针方向旋转而下方的涡旋沿逆时针方向,两个涡旋之间的声压相互叠加而增大,声压幅值也增加。(3)当背景涡流场为同向旋转涡对流场时,涡流场对不同入射角度声波的散射作用基本相同,不过和反向旋转涡对相比,散射作用更强。而且同向旋转涡对流场对声波的散射作用随着两个涡旋之间距离的增大而逐渐减小。因此,我们可以通过增加声化学反向器中的涡旋数量,使涡旋沿同一方向旋转并垂直于入射波方向排列。从而将声波散射到各个方向上,来消除驻波声场。
【学位单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB51
【部分图文】：
第２章声扰动方程逡逑本文中采用时域有限差分对声扰动方程进行求解计算。在空间上我们采用交逡逑错网格的形式对声扰动方程进行离散，如图２－１所示：逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦？邋Ｉ逡逑ｚ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦逦逡逑ｉ逦ｉ逦ｉ逦Ｉ逦ｉ逦＾逦ｕ逡逑．ｉｉｉｉｉ逡逑＿＿邋ｉ逦▲逦ｉ逦１逦ｉ＿＿逡逑ｙ＋＿邋＿＿了＿＿＿＿年＿＿＿＿「＿＿＿苹＿＿＿丁—逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦ｖ逡逑．逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｗ逦ｎ逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦＾逡逑ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦逦逡逑ｙ邋－十一逦▲逦１邋—逡逑ｚ逦！逦！逦！逦！逦！逡逑．１逦．＾１逦．邋３逡逑，飞逦／邋＋邋ｉ逦ｉ邋＋邋１邋ｌ邋＋邋２逡逑图２－１空间交错有限差分网格逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｐａｔｉａｌｌｙ邋ｓｔａｇｇｅｒｅｄ邋ｆｉｎｉｔｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｇｒｉｄ逡逑图中黑色三角代表声粒子速度；ｃ方向上的分量红的三角代表声粒子速度逡逑方向上的速度Ｖ，蓝色圆形代表声压／？。它们的位置由／，＿／，：‘＋１／２，＿／邋＋邋１／２等逡逑进行编号处理。式中的系数／ｒ，６可以储存在声ｐ压节点处，流体速度％邋，邋％可逡逑以分别储存在声粒子速度Ｗ，ｖ节点处。逡逑采用空间交错网格的优势之一是可以非常方便的得到控制方程中许多偏导的逡逑中心差分格式。比如，声压Ｐ的空间导数是以：ｃ邋＝邋ｚ＿，ｙ邋＝邋为中心做差分近似，逡逑所以公式（２－５）中的偏导可以表示为以下差分格式：逡逑ｄｕ（ｉ
其他参数密度声速0。＝３４０咐＂。首先模拟马赫数Ｍ邋＝邋０的高斯脉冲逡逑的传播。逡逑图３－２为高斯脉冲在马赫数Ｍ邋＝邋０的均匀流中传播的波形图。图ａ表示时间步逡逑为４０时的高斯脉冲压强图。图６表示时间步为４０时，高斯脉冲在ｘ轴上的声压逡逑值，其中蓝色实线表示数值模拟的声压值，而红色三角表示解析解，从图中可以逡逑看出模拟声压值与解析解基本重合。图ｃ表示时间步为１５０时的高斯脉冲压强图。逡逑图Ｊ表示时间步为１５０时，高斯脉冲在ｘ轴上的声压值，同样蓝色实线表示数值逡逑２２逡逑
图３－２不同时间下的高斯脉冲压强逡逑Ｆｉｇ．３－２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｐｕｌｓａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｇａｕｓｓｉａｎ邋ｐｕｌｓｅ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｉｍｅｓ逡逑图３－３为不同马赫数均匀流场中的高斯脉冲传播图。图ａ表示马赫数Ｍ邋＝邋０，逡逑时间步为２００时的脉冲图，图中脉冲中心在原点处。图６表示马赫数Ｍ邋＝邋０．２，时逡逑间步为２００时的脉冲图，此时图中的脉冲中心己不再原点处，而是在均匀流的作逡逑用下向右移动。图ｃ表７Ｋ马赫数Ａｆ＝０．４，时间步同样为２００时的局斯脉冲图。因逡逑为马赫数的增大，图中的高斯脉冲在相同的时间下向右移动的距离也随之增加，逡逑己经接近右侧的边界处。图ｃ／表示马赫数Ｍ邋＝邋０．６，时间步为２００时的高斯脉冲图。逡逑随着马赫数的进一步增大，图中的高斯脉冲向右移动的距离也随之增加，已经到逡逑达右侧的边界处。模拟二维高斯脉冲在均匀流场中传播也为后面模拟声波在非均逡逑匀流场中的传播提供了依据。逡逑２３逡逑
【学位单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB51
【部分图文】：
第２章声扰动方程逡逑本文中采用时域有限差分对声扰动方程进行求解计算。在空间上我们采用交逡逑错网格的形式对声扰动方程进行离散，如图２－１所示：逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦？邋Ｉ逡逑ｚ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦逦逡逑ｉ逦ｉ逦ｉ逦Ｉ逦ｉ逦＾逦ｕ逡逑．ｉｉｉｉｉ逡逑＿＿邋ｉ逦▲逦ｉ逦１逦ｉ＿＿逡逑ｙ＋＿邋＿＿了＿＿＿＿年＿＿＿＿「＿＿＿苹＿＿＿丁—逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦ｖ逡逑．逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｗ逦ｎ逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦＾逡逑ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦逦逡逑ｙ邋－十一逦▲逦１邋—逡逑ｚ逦！逦！逦！逦！逦！逡逑．１逦．＾１逦．邋３逡逑，飞逦／邋＋邋ｉ逦ｉ邋＋邋１邋ｌ邋＋邋２逡逑图２－１空间交错有限差分网格逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｐａｔｉａｌｌｙ邋ｓｔａｇｇｅｒｅｄ邋ｆｉｎｉｔｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｇｒｉｄ逡逑图中黑色三角代表声粒子速度；ｃ方向上的分量红的三角代表声粒子速度逡逑方向上的速度Ｖ，蓝色圆形代表声压／？。它们的位置由／，＿／，：‘＋１／２，＿／邋＋邋１／２等逡逑进行编号处理。式中的系数／ｒ，６可以储存在声ｐ压节点处，流体速度％邋，邋％可逡逑以分别储存在声粒子速度Ｗ，ｖ节点处。逡逑采用空间交错网格的优势之一是可以非常方便的得到控制方程中许多偏导的逡逑中心差分格式。比如，声压Ｐ的空间导数是以：ｃ邋＝邋ｚ＿，ｙ邋＝邋为中心做差分近似，逡逑所以公式（２－５）中的偏导可以表示为以下差分格式：逡逑ｄｕ（ｉ
其他参数密度声速0。＝３４０咐＂。首先模拟马赫数Ｍ邋＝邋０的高斯脉冲逡逑的传播。逡逑图３－２为高斯脉冲在马赫数Ｍ邋＝邋０的均匀流中传播的波形图。图ａ表示时间步逡逑为４０时的高斯脉冲压强图。图６表示时间步为４０时，高斯脉冲在ｘ轴上的声压逡逑值，其中蓝色实线表示数值模拟的声压值，而红色三角表示解析解，从图中可以逡逑看出模拟声压值与解析解基本重合。图ｃ表示时间步为１５０时的高斯脉冲压强图。逡逑图Ｊ表示时间步为１５０时，高斯脉冲在ｘ轴上的声压值，同样蓝色实线表示数值逡逑２２逡逑
图３－２不同时间下的高斯脉冲压强逡逑Ｆｉｇ．３－２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｐｕｌｓａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｇａｕｓｓｉａｎ邋ｐｕｌｓｅ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｉｍｅｓ逡逑图３－３为不同马赫数均匀流场中的高斯脉冲传播图。图ａ表示马赫数Ｍ邋＝邋０，逡逑时间步为２００时的脉冲图，图中脉冲中心在原点处。图６表示马赫数Ｍ邋＝邋０．２，时逡逑间步为２００时的脉冲图，此时图中的脉冲中心己不再原点处，而是在均匀流的作逡逑用下向右移动。图ｃ表７Ｋ马赫数Ａｆ＝０．４，时间步同样为２００时的局斯脉冲图。因逡逑为马赫数的增大，图中的高斯脉冲在相同的时间下向右移动的距离也随之增加，逡逑己经接近右侧的边界处。图ｃ／表示马赫数Ｍ邋＝邋０．６，时间步为２００时的高斯脉冲图。逡逑随着马赫数的进一步增大，图中的高斯脉冲向右移动的距离也随之增加，已经到逡逑达右侧的边界处。模拟二维高斯脉冲在均匀流场中传播也为后面模拟声波在非均逡逑匀流场中的传播提供了依据。逡逑２３逡逑
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 李晓东;江e
本文编号：2832118
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