斜入射声波在管阵列中的传播特性研究

摘要

针对于电站炉内换热器管道换热效率低以及泄漏检测定位问题，目前比较有效且具有发展潜力的解决手段是声学应用法。利用声波的基本原理——引起质点的振动，直接作用附着在管壁上的灰尘，使其振动从管壁脱落；利用泄漏喷口固有的喷流噪声辐射声场声信息来对泄漏故障进行监测和定位。但是，由于换热器管阵列空间排布复杂、炉内固有的非均匀高温场和负压环境以及泄漏喷流噪声辐射特性复杂多变等因素均会对声传播路径产生影响，因此，对炉内声传播特性的研究是必要的。本文主要以声波入射角度对声波在换热器中传播特性的影响。
　　本文基于声子晶体理论，结合Bragg定律研究入射角度对管阵列中声传播透射特性的影响。使用COMSOL有限元软件对电站锅炉管阵列进行数学建模和仿真计算，计算声波以不同角度入射到管阵列后的声传播特性，并给出管阵列的声压级插入损失与声波入射方向、声波所经过管排数的关系。本文的研究内容主要包括五个方面：一、研究声波倾斜入射后，沿着管排方向上声传播特性；二、调节管排结构方向，研究不同入射角度下的声波透射特性；三、研究声波以非零度角入射时，管排数对声波透射特性的影响；四、管阵列宏观拓扑结构是正方形，管排结构与入射波呈45°时，会在带隙边缘出现驻波现象；五、搭建实验平台，进行实验测量。
　　所得研究结果：声波沿管排结构方向传播时，其第一主带隙频率段中心位置不随倾斜角度的变化为改变，但是，第二次级带隙中心位置会随着斜入射角的增大而向低频移动，其他带隙也均有相应的变化；在管阵列宏观拓扑结构一定时，沿波矢方向上的声透射率会随着斜入射角度的改变有着明显的变化，第一带隙中心向高频移动，透射率增大，第二带隙中心位置向低频移动；入射声波为15度角时，在禁带处的插入损失量会随着管排数的增加而呈线性增大，在有限管排范围内，出现声阻碍频段并不一定就是禁带。以上所得结果为电站锅炉声波吹灰器的设计以及换热器管道泄漏源的定位提供了一种新思想和理论依据。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 声子晶体

1.3 声子晶体的特性研究

1.4 本文研究课题的来源、内容及其意义

第2章 倾斜入射数值理论基础

2.1 倾斜入射类型

2.2单排斜入射

2.3 双排、多排斜入射理论基础

2.4 平面波展开计算方法

2.5 本章小结

第3章 倾斜入射声传播的有限元数值仿真

3.1 引言

3.2单原胞带隙计算

3.3 声入射方向对管阵列声传播影响

3.4 声入射方向对管阵列声透射影响

3.5 本章小结

第4章 改进模型的声传播特性

4.1 引言

4.2 改进模型的声传播特性

4.3 声波倾斜入射到不同排数管阵列的透射特性

4.4 45°角的驻波现象及分析

4.5 本章小结

第五章 实验结果及分析

5.1声子晶体带隙的研究方法

5.2 实验测试结果

第六章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢