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多元混合气体中非线性声衰减的数值模拟

引言声波在气体中的传播特性与气体成分、环境温度和压强密切相关,因此可以利用声波作为定量检测混合气体热力学特性和分子特性的工具。最近Dain和LuePtow等人(DL模型)的研究表明[l],精确测量与声波频率相关的声衰减和声速可以定量的检测不同环境和过程中的气体成分。实际上很多年来,人们已经设计了大量精心考虑的实验以便用于气体中声衰减和声速的精确测量,同时也提出了一些声衰减和声速的理论预测模型[zl。根据理想气体方程可知,声速主要受气体分子质量大小的影响,其精确测量相对来说比较容易,同时其理论预测模型较成熟,因此传统的声气体传感器的工作方式就是跟踪气体中声速的变化[s],已成功用于一些特定混合气体如天然气的成分检测中[a]。而对于一些需要对监控环境进行定量分析的应用中,单独的声速并不能提供足够的信息,这时就需要声衰减起作用了。气体中的声衰减的精确测量和理论预测都比较困难[s],这主要是由于声衰减来源的复杂性和非线性。在气体介质中,...  (本文共10页) 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

多元混合气体声学特性的数值模拟研究

声波在气体中的传播特性与气体成分、环境温度和压强密切相关,因此可以利用声波作为定量检测混合气体热力学特性和分子特性的工具。这已成为当前气体传感技术领域的研究热点。理解声波在气体中传播现象的物理本质,建立描述气体中声波传播过程的数学模型,已成为促使声气体传感技术进一步发展的关键理论基础。而建立在不同混合气体中声衰减的理论预测模型,对于基于气体声学特性检测混合气体成分是必要的,同时也是这一研究领域的迫切需求。传统的声波传播模型是建立在Navier-Stokes方程或Euler方程之上的,通过偏微分方程来刻画气体特性的时空演变,只能用于研究气体对象处于平衡态或偏离热平衡状态很小的情况,而且Navier-Stokes方程收敛失败也限制了它们的应用。而已有的声衰减理论预测模型都建立在一个或多个可变的经验参数之上,需要根据新的实验数据不断改进这些模型,这使得它们的精确性依赖于实验数据的可靠性,无法胜任声气体传感技术的定量分析的需要。本文利用...  (本文共137页) 本文目录 | 阅读全文>>

《声学学报》2017年05期
声学学报

混合弹性颗粒体系声衰减数值模拟

引言近年来,涉及连续相体系中颗粒粒度和浓度的测M问题正日益引起人们的重视,其中,超声波由于其高穿透能力、非侵入式、易实现在线测量、可测粒径范围宽等特点,被用于颗粒测量,并在多个领域取得较大进展。例如在理论模型方面,Challis等I1—3]描述了较为复杂的弹性“软颗粒”中声波动,对超声谱测量颗粒的多种理论模型进行实验对比,McClements[4_6l提出了“长波长”条件下声衰减与声速计算理论模型;在纳米级材料表征方面,Poveyl7-8】研究了超声谱法对高浓度纳米级颗粒悬浊液的测量问题;在高浓度分散体系方面,WrobelM用脉冲波形式的宽频超声谱法测量高浓度两相体系,大童实验数据与数值研究表明该方法已经被成功用于高浓度液固悬浊液及非均勻复合材料的在线测量。两相系中超声谱法颗粒表征包括3个方面内容:实验获取颗粒两相介质中超声衰减谱;建立完整或简化超声波理论模型用于理论声衰减谱的预测;对实验超声衰减谱进行反演以获得待测颗粒参数(该...  (本文共7页) 阅读全文>>

《声学技术》1986年03期
声学技术

温度场对声衰减精密测试的影响

一、引言 几乎任何物理状态的不均匀都会对固体介质的声学特性带来不同程度影响,介质中温度场的不均匀即是其中之一[1]。目前,对于在非均匀温度场中,介质声学特性改变的研究正在日益引起关注。本文将主要从实测需要出发,推导温度场对声衰减精确测试的影响,并与实验结果比较。 声衰减是物质内耗的客观和宏观表征量,理想测试时,由电声换能器产生一系列幅值按指数衰减的脉冲回波,其指数即衰减值。然而,在许多实际情况下,脉冲回波包络图案不呈指数形式,从而直接影响到声衰减的精密测试。产生的因素通常有:1.衍射效应[2];2.样品的端面不平行[1]和侧壁反射;3.换能器的声能转换;4.样品与换能器的粘合不当;5.测试腔体的温度不均匀;等等。在对其他因素进行了妥善考虑或加以修正后,则在理想晶体的非相变温区的测试中,温度效应成为主要应考虑的因素。 二、一维温度场对声衰减测试 结果影响的定量分析: 物质声测试时,由于热辐射及导线热传导等的因素,使测试腔体内不可避...  (本文共5页) 阅读全文>>

《声学学报》1988年04期
声学学报

高声衰减生物媒质非线性声参量的研究

一、引 言 随着超声医学和超声生物物理学的迅速发展,对于生物媒质超声特性的研究也深入到一个新的阶段,即开始探讨它们的非线性声学特性.近年来,已有对低声衰减生物液体的非线性声参量的测量报道.Dunn等人“’测量了完整牛肝和均浆牛肝的非线性声参量 B/A. 本研究采用相对测量法,对高声衰减的生物软组织——心、肝、脾、肾、肌肉、脂肪,以及生物液——尿液、胆汁的非线性声参量进行了测量.发现脂肪组织有较大的 B…值.另外,对Ichida等人’“的研究结果进行了讨论,并提出自己一些看法.4期 孙永臣等:高声衰减生物媒质非线性声参量的研究261 二、升A及其测量方法 在线性声学中,介质的状态变量压力P和密度P为线性依赖关系,即将物态方程展开后只保留线性项.如果将其保留到二次项,则二次项系数与一次项系数的比值定义为介质的非线性声参量B/A. B…的测量方法多种多样.已测量的液体不下十多种.但测量生物媒质的B…则是近几年才开始的,测量的方法为有限...  (本文共5页) 阅读全文>>

《测井技术》1988年04期
测井技术

水饱和试样声衰减的频谱测量

引言 超声波在岩石中衰减是声波测井中一个十分重要的参数,它与岩石的许多物理特性有关。理论研究表明,多孔介质中引起声波能量衰减的主要机制包括:介质本身的非弹性;颗粒与颗粒之间、颗粒与孔隙液体之间的内摩擦;饱和液体的流动及粘滞性;对于较高的声波频率,颗粒及孔隙的散射等。这就表明声波衰减与岩石的微观结构有着更密切的关系,可利用声衰减来探测岩石的颗粒及孔隙结构。 在通常的声速测井和声幅测井系统中,因接收的信号都是短源距情况下的模拟信号,不能通过濒谱分析得到其幅度谱。在长源距数字全波列测井系统中,纵横波能量在时域上已经分离,可分别对纵波和横波(或伪瑞利波)进行幅度谱计算,从而测定其衰减系数,为进一步解释岩石的微观结构提供了可能。 要精确测量岩心试样的声衰减是十分困难的,因为测试过程中会受到多种侧试条件的影响。目前已为研究人员采用的声衰减测试方法主要有谐振棒法、多次反射法、脉冲法和频谱法等。衰减系数(或品质因素)与液体饱和度、饱和液体、液体...  (本文共7页) 阅读全文>>

《仪器仪表与分析监测》1989年04期
仪器仪表与分析监测

用超声波相关电路构成的新式测量液体声速变化的系统

一、引官 测量液体和固体的声速、声衰减等声学性质是研究材料物理性质的最重要手段.同时,声学特性相对变化的测量也能提供绝对变化的一些重要信息.我们过去的论文曾介绍了测量少量液体样品的声速和声衰减的反射式超声波相关电路(RUC)的研制,由于它使用了相敏检波器,所以也能测量声速的变化.本文旨在介绍一种在MHz范围测量液体声速变化的系统.下面将介绍这种新的RUC系统和测量方法,同时以水作为液体样品通过实验证实了系统的特征. 二、系统和方法 图l所示是测量声速变化的系统框图.在该系统中,将作为发射器和接收器的换能器安装在液体样品盒内的反射器对面.换能器用电脉冲串激励.发射到样品中的声波被反射器反射后,又被同一个换能器接收.为了检测所接收的信号相位.采用一个同频连续参考波(C.W)来自相位检测器的输出信号,即接收信号和参考信号之积被取时间的平均,以便得到与两个信号相位差成正比的直流信号.可表示如下: S(△曰)=Aeos(△必+必、)(一)...  (本文共2页) 阅读全文>>