常温及高温下声场特性实验测量研究

    1 引言

    燃烧室内不稳定性的非稳态运动与燃烧室固有或简正声学振型之间存在惊人的相似性， 几乎在所有情况中， 观测到的频率与燃烧室基本形状的正则声学振型之一的频率之差都在百分之几以内， 因此燃烧不稳定与声学过程密切相关[1]。燃烧室内的声学谐振器已成功地用于降低或消除燃烧振荡的阻尼装置， 但谐振器的吸收带宽比较窄， 必须精确调谐到离散的燃烧室声学固有频率[2]。准确测量燃烧室的固有频率对声学谐振器的设计具有重要意义。 笔者参考文献[3]通过实验测量得到众多共振峰值， 借助仿真计算预测固有频率的振型特征，进一步确定共振峰的振型特征，得到了常温及高温下准确的声场固有声学振型。

    2 实验测试系统组成

    本实验测试系统由声激励子系统和声压测量子系统部分组成，如图 1 所示。

    2.1 实验装置的设计

   （1） 测量声场设计。 实验装置的主体部分为两端封闭圆柱形钢性管，尺寸为 Φ20 cm×62 cm，在进行存在温度梯度声场测试时， 设计方案是采用声场内部加热方式，此时考虑到燃烧火焰可能会灼烧扬声器纸盆，采用双扬声器侧面激励的方法。

   （2） 传声器支架设计。 如图 2 所示，传声器支架可沿着声腔轴线滑动及绕其转动， 传声器连续扫描声场轴向声压变化值及某一截面的连续周向声压， 保证测量中不会漏掉声压极大值和极小值点， 同时可确定其在声腔内的位置，以判断具体振型及其阶数。

    2.2测量点的选取

    实验中采用在声腔头部双扬声器侧面激励的方法， 头部声场区域某些振型受侧面附加声场的影响无法形成，声腔尾部则受其影响较小，该处更易形成振型特征，故实验中的测点将集中在声腔后半部分。截面周向测点根据振型在周向极大值和极小值的位置确定，阶数较低的振型测点如图 2 所示间隔 45°对称分布，轴向测点则根据振型在轴向的极大值和极小值的位置而定，测点位置及数量依振型及阶数不同而变化。

    2.3 分析带宽选取

    通过测试扬声器在白噪声激励下的响应， 可知频率在低频 750 Hz 以下扬声器对输入响应较小， 同时在该频段由于分析仪受较高 50 Hz 电信号的干扰，使得信噪比不足。 在 750Hz~5kHz 扬声器响应曲线基本平稳，如图 3 所示，可作为激励声源。 在频率较高时，声腔的固有频率较为密集，不利于测量。 基于以上两点实际情况，在实验中将主要测试声场内 750Hz~2kHz 的模态。

    3 实验测量结果

   （1） 常温模态测量

    采用 SYSNOISE 对常温实验声场进行仿真及实验测量，如图 4 所示。 得到的共振频率及振型见表 1。