论文摘要：液体动力源悬臂式簧片哨发声特点的研究

流体动力发生器是以流体为动力源，利用高速流体来产生可听声与超声的发声器。它的特点是结构简单、造价低、操作方便、处理量大、广泛应用于工业生产中。簧片哨是用液体为动力源的发声器，从喷嘴喷出的射流激发簧片振动从而产生声波或超声波。关于簧片哨的研究与应用中，目前仅限于具体实验现象的分析，缺乏声波发声特征和声波特征有关的频率、强度等参量以及理论计算和模拟上的研究。因此，通过理论分析结合实验测量来探究与声波特征有关的频率、强度、声场分布等参量。为进一步有效的、广泛的应用簧片哨发声器奠定基础。
本文首先对国内外在此方面的理论和实验研究的进展进行了总结和介绍，应用有限元软件对结构参数不同的簧片振动模态进行分析，探讨结构参数对簧片固有频率和振动模态的影响；使用计算流体动力学软件FLUENT对簧片哨的射流进行数值模拟，研究了簧片哨工作区域内的射流对簧片周围的速度、压强、湍流强度等影响；最后对悬臂式簧片哨的声学特性进行了实验测量分析和研究，并结合其模拟结果和实验结果对其发声机理和特点进行分析和探讨。
本文工作有以下方面：
(1)使用有限元分析软件ANSYS对簧片的振动模态进行模态分析，并与理论计算的振动频率相对比，模拟结果和理论计算较为吻合。模拟结果可知：簧片的厚度和宽度一定时，簧片振动的固有频率以及振动模态频率随着簧片的长度增大而减小。簧片的长度和宽度一定时，簧片振动的固有频率以及振动模态频率随着簧片的厚度增大而增大。在ANSYS分析下，簧片的振动模态不光是单一的横向振动，随着频率的增加，簧片出现了多种振动模态叠加在一起的复合振动模态。
(2) 使用FLUENT软件对簧片哨的工作流场进行理论模拟，结果发现射流的速度和湍动能呈现随机脉动信号的典型特征。可以推测作用到簧片上的频率也是随机的脉动频率，用信号检测设备可以在不同的频率范围内监测到信号。说明喷射的射流液片中包含多种频率成分，激发簧片振动产生了多种频率的声信号。当簧片哨的喷嘴尺寸和簧片尺寸一定时，喷口与簧片之间的距离不变，给予喷口一个固定的入口压力，射流作用到簧片上导致簧片振动发声，在较宽的频率范围内都可以监测到声信号。这进一步说明喷射的射流液片中包含多种频率成分，激发簧片振动产生了多种频率的声信号。
(3) 通过实验研究了簧片、入口压力对发声的影响并得出了一定的规律。簧片的振动模态随着长度的增加逐渐增多，随着厚度的增大而相应减少。簧片的结构参数影响簧片哨的发声频率并有一定规律。当簧片厚度不变时，增加簧片的长度，簧片的一阶发声频率变小，簧片模态的振动频率随之变小。当簧片长度不变时，随着厚度的增加，簧片的一阶发声频率变大，簧片模态的振动频率也随之变大。发声频率和声压级随着压力的增大并不是线性增加的关系，而是存在一个或者多个极大值，极大值和簧片的振动模态有关系。射流频率或谐频和簧片的固有频率或谐频相一致时，系统发生共振，并且使簧片在很多频率下都发生振动，从而导致簧片哨的总声压级增大。

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