壁面附近声传播规律研究
发布时间：2021-11-24 11:41
随着声波法测量技术在工业电厂中的广泛应用,如何准确测量声在待测区域内的传播时间成为了该技术的关键所在。而工业电厂中复杂多变的壁环境会影响声传播时间及传播路径,从而降低声波法测量技术的精度。本文基于声传播特性针对无限壁面以及颗粒堆积介质这两种电厂中常见的壁环境展开研究。首先根据声的运动方程、连续性方程、状态方程以及固体介质胡克定律推导出声在气体和固体中的波动方程,引入了颗粒介质中的声散射场以及散射衰减系数。并采用信号互相关算法计算相应的声传播时间,基于COMSOL Multiphysics有限元模拟软件建立壁面和颗粒堆积介质的声传播模型进行仿真计算,通过Lab VIEW虚拟开发软件联立上位机和下位机硬件系统,搭建了冷态壁和颗粒堆积填充体实验平台,对模拟结果进行验证,得到了如下的结论:（1）不同的声源条件如声源类型、声源与壁面的相对位置、脉冲声源的持续时间以及声源与壁面的距离均不对声在壁面附近的声传播速度产生影响。（2）壁面附近声速分布呈“勺子底”型,且对于声存在频散效应。不同频率的声在壁面附近存在不同的声速分布,频率越高,声速最大值越小,最小值越大,“勺子底”越“浅”。声速最大值始终处于...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
颗粒堆积介质的CFD模型[57]
2声在壁面附近的传播特征112声在壁面附近的传播特征目前声波法测量技术在火力发电厂中得到了广泛应用，如声波法测量炉内温度场，流场，声波法对于两相流颗粒介质的监测等。这些方法主要是针对于声波在待测区域内传播时间的测量，而无限壁面及颗粒堆积介质作为两种常见的壁面环境，对于传播时间的测量起到一定的干扰作用，研究声波在无限壁面附近及颗粒堆积介质中的传播特性显得尤为关键。本章将基于声波的基本性质，结合冷态环境中硬壁面边界条件，对声波在无限壁面附近和颗粒堆积介质中的传播特性开展研究。2.1声的物理性质假设介质流体连续，无粘性损耗，声波压力始终垂直作用于介质微团表面，介质微团具有弹性和质量，介质微团如图2.1。基于上述假设，声波在介质中传播遵循质量守恒定律，热力学关系以及牛顿第二定律，利用这些定律探讨声压、密度变化量以及质点振动速度等变量的关系，流体介质各点的压力P、密度ρg及质点振动速度u在任意时刻表达式如式（2.1）。可得到声波的连续性方程，状态方程，运动方程，对三类方程进行联立求解得到声波的波动方程。uuuPpPgg000（2.1）其中，P0、ρg0、u0分别为初始压力、密度及质点振动速度；p、ρ"、u"为声压、密度及质点振动速度变化量。图2.1气体介质微元体
2声在壁面附近的传播特征18max=0;c=1E-06;fori=1:Mr(i)=0;fenmu1(i)=0;fenmu2(i)=0;fenmu(i)=0fork=1:(N－M)r(i)=r(i)+xa(k+delta).*ya(k+i).+delta);fenmu1(i)=fenmul(i)+xa(k*delta).^2;fenmu2(i)=fenmu2(i)+ya((k+i)*delta).^2;endfenmu(i)=sqrt(fenmu1(i)/N)*sqrt(fenmu2(i)/N);rr(i)=r(i)/fenmu(i);ifrr(i)＞=maxmax=rr(i);id=i.end...2.3声在无限壁面附近的传播特性本章前半部分对声在空间中传播的基本性质进行了详细的研究，目前常用的声波动方程，均假设为小振幅波动，忽略了密度，声压以及质点振动速度的非线性变化量。而声在无限壁面附近传播时，与壁面距离较小的空间点在某一时间点同时接收到入射声和反射声，声产生叠加效应，导致质点位移和质点振动速度增大，使得声物理量如质点振动速度、声压变化量等无法忽略。（1）（2）图2.2声入射壁面时与反射波叠加的情况[68]
【参考文献】：
期刊论文
[1]声波法测量炉膛四角切圆速度场重建仿真[J]. 王亮,范鹏,沈国清. 热能动力工程. 2018(06)
[2]声波法测量炉内温度场有限元模拟研究[J]. 李言钦,姬会东,周俊杰,曹海亮,钟委,周怀春. 动力工程学报. 2014(11)
[3]高浓度纳米颗粒悬浮液粒径的超声在线测量方法研究[J]. 胡边,苏明旭,蔡小舒. 高校化学工程学报. 2014(04)
[4]基于LabVIEW声速测量系统研究声速与温湿度的关系[J]. 管婉青,郭明俊,刘尧,张祥雪. 物理实验. 2013(08)
[5]两个硬边界附近的声流的数值计算(英文)[J]. 张颖,刘晓宙,龚秀芬. 南京大学学报(自然科学版). 2012(05)
[6]颗粒介质中的粘滞系数[J]. 钱祖文. 物理学报. 2012(13)
[7]基于先验知识的炉内速度场声波法测量研究[J]. 李言钦,陈世英,周怀春,张引弟,秦建伟. 动力工程学报. 2012(04)
[8]完全匹配层吸收边界条件研究[J]. 陈可洋. 石油物探. 2010(05)
[9]四角切圆炉内空气动力特性的声学测量试验[J]. 张引弟,陈世英,李言钦,周怀春. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(12)
[10]气固两相流介质中声衰减测量方法研究[J]. 安连锁,杨文泽,武国红,卢晓,刘铭媛,姜根山. 声学技术. 2009(01)
博士论文
[1]声波作用下炉内煤颗粒的动力学特性研究[D]. 许伟龙.华北电力大学(北京) 2018
[2]声波法检测炉内气体速度场冷态实验研究[D]. 李言钦.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]BP神经网络用于声波法炉内切圆流场监测的实验研究[D]. 周红新.华中科技大学 2005
本文编号：3515902
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
颗粒堆积介质的CFD模型[57]
2声在壁面附近的传播特征112声在壁面附近的传播特征目前声波法测量技术在火力发电厂中得到了广泛应用，如声波法测量炉内温度场，流场，声波法对于两相流颗粒介质的监测等。这些方法主要是针对于声波在待测区域内传播时间的测量，而无限壁面及颗粒堆积介质作为两种常见的壁面环境，对于传播时间的测量起到一定的干扰作用，研究声波在无限壁面附近及颗粒堆积介质中的传播特性显得尤为关键。本章将基于声波的基本性质，结合冷态环境中硬壁面边界条件，对声波在无限壁面附近和颗粒堆积介质中的传播特性开展研究。2.1声的物理性质假设介质流体连续，无粘性损耗，声波压力始终垂直作用于介质微团表面，介质微团具有弹性和质量，介质微团如图2.1。基于上述假设，声波在介质中传播遵循质量守恒定律，热力学关系以及牛顿第二定律，利用这些定律探讨声压、密度变化量以及质点振动速度等变量的关系，流体介质各点的压力P、密度ρg及质点振动速度u在任意时刻表达式如式（2.1）。可得到声波的连续性方程，状态方程，运动方程，对三类方程进行联立求解得到声波的波动方程。uuuPpPgg000（2.1）其中，P0、ρg0、u0分别为初始压力、密度及质点振动速度；p、ρ"、u"为声压、密度及质点振动速度变化量。图2.1气体介质微元体
2声在壁面附近的传播特征18max=0;c=1E-06;fori=1:Mr(i)=0;fenmu1(i)=0;fenmu2(i)=0;fenmu(i)=0fork=1:(N－M)r(i)=r(i)+xa(k+delta).*ya(k+i).+delta);fenmu1(i)=fenmul(i)+xa(k*delta).^2;fenmu2(i)=fenmu2(i)+ya((k+i)*delta).^2;endfenmu(i)=sqrt(fenmu1(i)/N)*sqrt(fenmu2(i)/N);rr(i)=r(i)/fenmu(i);ifrr(i)＞=maxmax=rr(i);id=i.end...2.3声在无限壁面附近的传播特性本章前半部分对声在空间中传播的基本性质进行了详细的研究，目前常用的声波动方程，均假设为小振幅波动，忽略了密度，声压以及质点振动速度的非线性变化量。而声在无限壁面附近传播时，与壁面距离较小的空间点在某一时间点同时接收到入射声和反射声，声产生叠加效应，导致质点位移和质点振动速度增大，使得声物理量如质点振动速度、声压变化量等无法忽略。（1）（2）图2.2声入射壁面时与反射波叠加的情况[68]
【参考文献】：
期刊论文
[1]声波法测量炉膛四角切圆速度场重建仿真[J]. 王亮,范鹏,沈国清. 热能动力工程. 2018(06)
[2]声波法测量炉内温度场有限元模拟研究[J]. 李言钦,姬会东,周俊杰,曹海亮,钟委,周怀春. 动力工程学报. 2014(11)
[3]高浓度纳米颗粒悬浮液粒径的超声在线测量方法研究[J]. 胡边,苏明旭,蔡小舒. 高校化学工程学报. 2014(04)
[4]基于LabVIEW声速测量系统研究声速与温湿度的关系[J]. 管婉青,郭明俊,刘尧,张祥雪. 物理实验. 2013(08)
[5]两个硬边界附近的声流的数值计算(英文)[J]. 张颖,刘晓宙,龚秀芬. 南京大学学报(自然科学版). 2012(05)
[6]颗粒介质中的粘滞系数[J]. 钱祖文. 物理学报. 2012(13)
[7]基于先验知识的炉内速度场声波法测量研究[J]. 李言钦,陈世英,周怀春,张引弟,秦建伟. 动力工程学报. 2012(04)
[8]完全匹配层吸收边界条件研究[J]. 陈可洋. 石油物探. 2010(05)
[9]四角切圆炉内空气动力特性的声学测量试验[J]. 张引弟,陈世英,李言钦,周怀春. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(12)
[10]气固两相流介质中声衰减测量方法研究[J]. 安连锁,杨文泽,武国红,卢晓,刘铭媛,姜根山. 声学技术. 2009(01)
博士论文
[1]声波作用下炉内煤颗粒的动力学特性研究[D]. 许伟龙.华北电力大学(北京) 2018
[2]声波法检测炉内气体速度场冷态实验研究[D]. 李言钦.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]BP神经网络用于声波法炉内切圆流场监测的实验研究[D]. 周红新.华中科技大学 2005
本文编号：3515902
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