Non-monotonic emergence of order from chaos in turbulent thermo-acoustic fluid systems
本研究针对湍流热声流体系统，利用复杂网络编码振幅跳跃并通过网络熵分析，揭示系统从混沌经间歇性到有序时涨落不确定性先增后减的非单调有序涌现现象，阐明湍流与非线性相互作用的竞争机制。
2025-02-18 physics.flu-dyn
Reflection and transmission of a Kelvin-Helmholtz wave incident on a shock in a jet
超音速射流中的尖叫声是由下游传播的开尔文-亥姆霍兹波和上游传播的声波之间的共振所支撑的。具体而言，最近的工作表明，相关的声波被引导内的射流和描述的线性纳维-斯托克斯方程的离散模式。然而，将下游行波转换为上游行波的反射机制，反之亦然，尚未得到彻底解决，导致大多数共振模型中的物理学缺失。在这项工作中，我们研究的反射和透射的Kelvin-Helmholtz波和正激波之间的相互作用产生的波在欠膨胀射流使用模式匹配的方法。涡片和有限厚度剪切层模型进行了探讨，量化的剪切层的反射过程中的影响。这种方法可以实现对射流和其他流体系统中共振现象的更定量预测。
2021-09-30 physics.flu-dyn
Sensitivity analysis of a time-delayed thermo-acoustic system via an adjoint-based approach
我们应用伴随的灵敏度分析的时间延迟的热声系统：一个Rijke管包含一个热线。我们计算的增长率和频率的小振荡的基本状态的影响，无论是由一个通用的被动控制元件的系统（结构灵敏度分析）或由一个通用的变化，其基本状态（基本状态灵敏度分析）。我们说明了结构的敏感性，通过计算的第二热线与一个小的热释放参数的影响。在单个计算中，这显示了第二热线如何改变小振荡的增长率和频率，作为其在管中的位置的函数。然后，我们检查的组件的结构敏感性，以确定被动控制机制，具有最强的影响的增长率。我们发现，施加到声学动量方程的力的方向相反的瞬时速度是最稳定的反馈机制。我们还发现，它的效果是最大化时，它被放置在下游端的管。该反馈机制可以例如由绝热网提供。我们通过计算阻尼因子、热释放时间延迟系数、热释放参数和热线位置的小变化的影响来说明基态灵敏度。灵敏度分析热声的成功应用开辟了新的可能性，被动控制热声振荡提供梯度信息，可以结合约束优化算法，以减少线性增长率。
2013-05-25 physics.flu-dyn
Thermo-acoustics and its detection in a premixed flame
一种新的光学技术的基础上，光-物质相互作用的内部设计，以检测点火后产生的热声扰动和在半开放通道中的预混火焰传播过程中。该技术涉及使偏振激光通过介质，该介质的密度或折射率由于声波和/或火焰前缘的通过而变化，然后通过光电检测器捕获通过分析器泄漏的去偏振光。该技术应用于燃烧室预混火焰传播和郁金香反转。通过比较示波器信号和高速摄影的流场，区分热声信号和火焰前锋。声波被发现拦截火焰传播在不同的轴向位置和时刻。
2022-08-03 physics.flu-dyn physics.optics
Theoretical and Numerical Investigation of Nonlinear Thermoacoustic, Acoustic, and Detonation Waves
我们首先从理论上研究了无热源条件下高振幅声传播引起的谱能量级联。为此，基于第一性原理的控制方程系统，正确的二阶扰动变量的推导。这样的二阶方程组的确切的能量推论，然后制定和用于阐明非线性声波的谱能量动力学。然后，我们将这种分析扩展到热声不稳定波-即作为热声不稳定的结果放大。我们推动这种不稳定性，直到产生冲击波。进一步研究了电极间火花等离子体激发波在几何复杂情况下的非线性波传播。这种情况增加了弯曲的三维激波的几何复杂性，由于斜压力矩产生涡量。最后，采用低阶近似方法，模拟了周期性装置中高压进气和高压排气条件下的爆震波。阶次自适应完全可压缩和非结构化Navier-Stokes方程求解器目前正在开发中，以便将来能够更高保真地研究火花等离子体和爆轰波问题。
2021-06-23 physics.flu-dyn
Dissipation of nonlinear acoustic waves in thermoviscous pores
本文推导了非线性声波传播模型，用于分析波浪壁面狭窄孔隙中的热粘性耗散，并通过二维激波解析DNS验证，发现增加壁面波纹可降低壁面热流和剪切对声波强度的依赖。
2024-02-16 physics.flu-dyn
Biglobal linear stability analysis of a ducted 2D premixed flame: intrinsic thermoacoustic mode and role of exceptional point
本文通过双全局线性稳定性分析研究了管道内二维预混火焰的本征热声模态及其与管道声学模态在例外点附近的相互作用，发现不同参数变化路径会导致模态起源识别不一致，并提出基于亥姆霍兹分解的流场结构表征方法以区分不同模态。
2024-09-25 physics.flu-dyn
Linear-response reflection coefficient of the recorder air-jet amplifier
在一个管道长笛，如录音机，稳态振荡是由两个参数，吹压力和频率的声学谐振器。与大多数反馈振荡器一样，振荡幅度由放大器的增益饱和度决定，因此，除非反馈回路打开，否则无法独立于吹制压力和频率进行控制。在这项工作中，通过用波导反射计替换记录器主体来打开环路：一段带有麦克风的传输线，信号源和吸收终端。当从空气射流进入传输线的平均流未被阻挡时，空气射流放大器对于通过不涉及声学谐振器的反馈路径的边缘音调振荡是不稳定的。当它被阻塞时，空气射流稍微向外偏转，系统变得稳定。这样就可以在线性响应条件下测量喷气放大器的反射系数与吹气压力和声频的关系，避免了增益饱和的复杂性。研究结果为在最简单的条件下，在未知参数较少的情况下，对槽传动模型进行了揭示性的检验。讨论了各种笛形槽传动模型的优缺点。
2015-12-09 physics.flu-dyn
A numerical study of thermoviscous effects in ultrasound-induced acoustic streaming in microchannels
我们提出了一个数值研究的热粘性效应的声流产生的超声驻波共振在一个长直微流体通道包含牛顿流体。这些影响主要通过流体粘度的温度和密度依赖性进入。由此产生的流的大小进行计算和数值特征，我们发现，即使是薄的声学边界层，通道的高度影响的流的大小。对于一个足够大的通道高度的特殊情况下，我们已经成功地验证了我们的数值与分析结果，从2011年Rednikov和Sadhal为一个单一的平面壁。我们分析了系统的时均能量输运和流体的时均二阶温度扰动。最后，我们在我们以前发表的数值方案，以提高数值性能的三个主要变化：（i）的时间平均的二阶方程中的一阶变量的时间平均产品已被改写为通量密度，而不是作为体力。(ii)有限元基函数的阶数以最佳方式增加。(iii)基于国际水和蒸汽性质协会（IAPWS 1995，2008和2011），我们为10 C至50 C温度范围内的水的所有相关热力学和传输参数提供了精确的温度多项式拟合。
2014-08-21 physics.flu-dyn
Global modes, receptivity, and sensitivity analysis of diffusion flames coupled with duct acoustics
在这篇理论和数值论文中，我们推导了由无限速率化学扩散火焰与管道声学耦合组成的热声系统的伴随方程。然后，我们计算的热声系统的线性全局模式（即振荡的频率/增长率，连同它们的模式形状），和全局模式的物种注入的感受性，对基态扰动的敏感性，和对流速度扰动的结构敏感性。然后，我们将这些与瑞利指数进行比较。感受性分析显示了开环喷射燃料或氧化剂对热声振荡影响最大的火焰区域。我们发现火焰在其尖端最容易接受。基态敏感性分析显示了每个参数对频率/增长率的影响。我们发现，扰动的化学计量混合分数，燃料槽的宽度，和放热参数有最大的影响，而扰动的Péclet数有最小的影响。这些敏感性波动：例如，根据操作点，对燃料槽宽度的正扰动使系统稳定或不稳定。该分析表明，正如从一个简单的模型所预期的那样，速度和热释放波动之间的相位延迟是确定灵敏度的关键参数。它还表明，这种热声系统是非常敏感的基态的变化。结构敏感性分析表明扰动对流火焰速度的影响。灵敏度最高的区域是靠近入口的化学计量线附近，表明速度模型需要最准确的位置。
2014-08-08 physics.flu-dyn
A weakly nonlinear wave equation for damped acoustic waves with thermodynamic non-equilibrium effects
传播的非线性声波的问题被认为是解决方案，其中，无论是有阻尼和无阻尼，已获得迄今为止从Navier-Stokes-Duhem方程连同连续性和热传导方程。这里报道的新方法采用的是一种不连续拉格朗日方法，即从Hamilton原理中得到的一般粘性流的不连续拉格朗日方法。结果表明，系综平均的运动方程产生的欧拉-拉格朗日方程，无旋流动的假设下，导致一个弱非线性波方程的速度势：实际上是一个概括的库兹涅佐夫的众所周知的方程，由于热力学非平衡效应的额外条款。
2021-09-27 nlin.PS physics.flu-dyn
Linear and Nonlinear Modeling of a Traveling-Wave Thermoacoustic Heat Engine
本文对一种行波热声热机（TAE）进行了从静态到极限环的三维Navier-Stokes数值模拟。TAE由一个长的变面积谐振腔和一个较小的环形管组成，环形管中包括热（HHX）和环境（AHX）换热器以及回热器（REG）。模拟是壁解析的，在所有边界处强制执行无滑移和绝热条件，而由于REG和HX的传热和阻力被建模。HHX温度在440 - 500 K范围内进行了研究，AHX温度固定在300 K。声能的初始指数增长是由于行波网络通过在施加的温度梯度的方向上围绕REG/HX单元循环而放大。一个简单的分析模型表明，这种热声不稳定性是一个拉格朗日热力学过程类似斯特林循环。一个系统范围内的线性稳定性模型的基础上罗特的理论是能够准确地预测的频率和增长率，表现出符合超临界Hopf分岔的属性。极限环由声流控制--一种由高振幅声学产生的整流流。它的主要特点是解释与轴对称不可压缩模型驱动的波诱导应力提取的可压缩计算。这些功能包括Gedeon流和平均再循环由于流动分离。第一个驱动热流体从HHX到热缓冲管（TBT）中的次级换热器（AHX 2）的平均平流，这是实现声能增长饱和所必需的。的能量通量的直接评估表明，该设备的效率恶化的驱动比和TBT中的声功率主要是平衡的平均平流和热声热传输。
2014-08-18 physics.flu-dyn
Acoustic Nonlinearity Parameter B/A in the Suspension of Ultrasound Contrast Agents Part I: A Thermodynamic Approach
声学非线性参数B/A在表征各种生物材料和生物组织的声学特性中起着重要的作用。它有可能成为一种有利的成像模式，在造影超声成像与涂层微泡。然而，用于评估超声造影剂（UCA，也称为气泡液体）悬浮液的非线性参数的有效手段的开发仍然是开放的。本文基于热力学方法推导出一个新的线性超声衰减与相速度的关系式。本方法的简单性使得B/A估计可能具有相对严格的数学推导。计算得到的非线性参数包含了气泡动力学效应的贡献，当气泡体积分数小于10-4时，其低频极限与用混合律方法估算的B/A值一致。此外，气泡液体中的B/A最大可达105，而最小可低至-105。负的非线性参数表明气泡液体具有明显不同的热力学性质。
2019-08-11 physics.flu-dyn physics.med-ph
Fundamental thermo-visco mechanical interactions governing the acoustic response of laser-excited nanoparticles
CNRS, Centrale Lille, Univ. Polytechnique Hauts-de-France, UMR 8520 -IEMN- Institut d’Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie, University of Lille（法国国家科学研究中心、里尔中央理工学院、上法兰西理工大学、电子学与微纳米技术研究所）；Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）；Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière, UMR5306（里昂第一大学、法国国家科学研究中心、光物质研究所）；Department of Mechanical, Chemical and Materials Engineering, Università degli Studi di Cagliari（卡利亚里大学机械、化学与材料工程系）
研究激光加热引发的声波生成与传播，分析热声效应与机械声效应的耦合机制，探讨粘性对声波衰减和穿透深度的影响。
2026-04-11 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Cryogenic thermo-acoustic oscillations highlight and study in the SPIRAL2 superconducting LINAC
低温热声振荡是几个研究的兴趣领域。对于超导加速器来说，这是我们通常想要摆脱的不必要的现象。SPIRAL 2超导加速器将Taconis分布在其低温恒温器上。本文涵盖了从第一次检测到阻尼的不同步骤，重点介绍了所使用的方法和仪器。所提出的研究还为在复杂几何形状（如超导LINAC）中进行热吸收的实际实验研究奠定了基础。借助现代化的大数据分析和仿真工具，它还为开发适合这些复杂情况的新数据链接代码奠定了基础。
2021-01-26 physics.acc-ph physics.flu-dyn physics.ins-det
Thermo-acoustic Sound Generation in the Interaction of Pulsed Proton and Laser Beams with a Water Target
研究了脉冲质子束和激光束与物质相互作用中流体动力学辐射的产生。波束被引导到水目标中，并且用压敏传感器记录所产生的声信号。测量进行了不同的脉冲能量，传感器的位置，光束直径和温度。所得数据与基于热声模型的仿真结果相匹配，不确定度为10%。结果表明，在水中传播的粒子的能量沉积的声音产生的主要机制是局部加热的介质。加热导致快速膨胀或收缩，并且双极形状的压力脉冲被发射到周围介质中。这种效应的一个有趣的、广泛讨论的应用可能是在未来的大规模声学中微子探测器中探测超高能量的宇宙中微子。对于这种应用，如本文中讨论的实验所实现的，高精度的声音生成机制的验证是非常重要的。
2015-01-07 astro-ph.IM physics.flu-dyn physics.ins-det
Total reflection of two guided waves for embedded trapped modes
为了研究陷波的机理，利用反馈环闭合原理计算了二维管腔结构中与双共振模干涉相关的声学嵌入陷波模，分析了构成陷波模的行波模。精确的两个共存的谐振模式，支持嵌入式陷波模式在一个腔体中打开两个半无限管道的数值演示。在腔段和管道之间的界面处，对于腔中的两个传播导波的特定组合，可能发生全反射。对于特定的腔长和特定的频率，在腔的相对端处的两个反射波也发生全反射。以这种方式，两个共存的驻波支持捕获模式。发现这两个驻波不是两个闭腔模。因此，这项工作提出了一个新的理解，这种嵌入的陷阱模式的产品的全反射的两个导波在两个波导之间的界面，而不是一个封闭的腔的两个本征模之间的干涉。对于准陷阱模，由于两个声道的影响，Fano散射现象也被显示。
2020-03-09 physics.class-ph physics.flu-dyn
Band Structure and Effective Properties of One-Dimensional Thermoacoustic Bloch Waves
本文研究了声波在装有周期性热声耦合元件的一维管道中传播的色散特性和有效特性。每个耦合元件包括在一个经典的热声回热器受到空间温度梯度。当声波通过回热器时，发生热能到声能的转换，并且根据波的传播方向，可以放大或衰减波。空间梯度的存在自然地引起互易性的损失。这项研究提供了一个全面的理论模型，以及深入的数值分析的能带结构和这种热声耦合，可调，一维超材料的传播特性。其中最重要的发现，它表明，声学超材料是能够支持非互易热声布洛赫波，与一种特定形式的单向能量传输。值得注意的是，热声耦合还允许实现有效的零压缩性和零折射率，这最终导致传播的声波的相位不变性。这种单一的零有效属性也被证明有非常有趣的影响，在实现声学隐身。
2021-02-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.class-ph
High-fidelity simulation of a standing-wave thermoacoustic-piezoelectric engine
基于Smoker等人（2012）的实验工作，对一个完整的驻波热声压电（TAP）发动机模型进行了壁面分辨非结构全可压缩Navier-Stokes模拟。该模型是轴对称的，包括一个51厘米长的谐振器分为两个部分：一个小直径部分包围热声堆栈，和一个较大的直径部分覆盖的压电膜片调谐到热声放大模式（388赫兹）。膜片采用多振荡器宽带时域阻抗边界条件（TDIBCs）建模，比单振荡器近似提供更高的保真度。首先对无能量提取的极限环进行了仿真。所观察到的增长率被证明是网格收敛的，并验证了对数值动力学模型的基础上罗特的理论。后者是基于交错网格的方法，并允许跳跃条件下的压力和速度的导数的突变面积变化的部分，并列入线性化的轻微损失。在极限环处，观察到热声热漏和频率偏移，与实验结果一致。在激活压电膜片时，获得稳定的声能提取和减小的压力振幅极限环。在线性动力学模型和非线性仿真的支持下，提出了一种启发式的极限环声能收支封闭方法。开发的高保真仿真框架提供了准确的预测热-声和声-机械能转换（通过TDIBCs），为先进热声发动机的设计和优化提供了新的范例。
2016-08-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of Thermoacoustically Unstable Flames Via Non-Drifting Acoustic Delay Characteristic Boundary Conditions
School of Engineering, University of Manchester（曼彻斯特大学工程学院）；Department of Mathematics, University of Manchester（曼彻斯特大学数学系）；School of Engineering, Cardiff University（卡迪夫大学工程学院）
本文提出非漂移声学延迟特征边界条件（ADCBC）和平均比例积分线性松弛（APILR）方法，对热声不稳定预混火焰进行直接数值模拟，以降低计算成本并准确捕捉火焰动力学。
2026-09-09 cs.NA math.NA physics.comp-ph
