声波在非均匀介质中的传播

摘要

利用声波在非均匀介质中的传播特性制成的声波测温器、声波检漏器和声波清灰器在许多领域有着广泛的应用。
　　 为了精确描述声波在非均匀介质中的传播特性，利用有限元法构建了声波在一维非均匀介质中的传播模型，研究了声波的频率、入射角以及非均匀介质的温度分布对声波传播的影响，并对各个参数进行了优化。
　　 声波在非均匀介质波导中传播时传播特性将发生改变。渐变的温度分布或介质密度分布都将影响声波的传播速度和传播常数。通过求解理想条件下声波在非均匀介质中传播的赫姆霍兹方程，得到了声压在波导中的分布。在一维模型结论的基础上，研究了声波在二维非均匀介质中的传播情况。首先，基于理想条件下声波传播的赫姆霍兹方程，采用有限元法对方程进行处理，利用变分法得到其有限元形式，求解得到声压在非均匀介质空间中的分布。然后，采用商用有限元软件对计算结果进行了验证。
　　 最后，在详细研究声波频率、非均匀介质厚度以及温度梯度对声波传播系数影响的基础上，对适宜声波传播的通道结构进行了优化设计。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 声的基本概念

1.2 现代声波应用技术

1.3 本文所做工作及章节安排

2 声波传播的基本理论

2.1 理想流体介质中小振幅波传播的基本规律

2.1.1 运动方程

2.1.2 连续性方程

2.1.3 物态方程

2.1.4 理想流体介质中小振幅波传播的波动方程

2.1.5 速度势函数

2.2 声场中的能量关系

2.2.1 声能量与声能量密度

2.2.2 能流密度与声波强度

2.3 非均匀介质中的波动方程

2.3.1 非均匀介质中的波动形式

2.3.2 非均匀介质中波动方程的几种解析解形式

3 声波在一维非均匀介质中的传播模型

3.1 计算区域简介

3.2 有限元法的基本理论

3.3 声波有限元理论方法

3.4 仿真结果分析

3.4.1 垂直入射情况

3.4.2 斜入射情况

3.5 声波在一维非均匀介质中传播的结论

4 声波在二维非均匀介质中的传播模型

4.1 声波在二维非均匀介质中传播的计算模型

4.2 声波在二维非均匀介质中传播的有限元理论基础

4.3 声波在二维非均匀介质中传播的结果分析

4.4 声波在具有温度梯度的非均匀介质中传播模型的优化

5 声波在非均匀介质中传播课题总结和展望

参考文献

在校期间科研工作简介