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管道中的平面波

时间:2022-10-02 百科知识 版权反馈
【摘要】:对于内部为静态理想流体的刚性壁管道,当横向尺寸较小且频率较低时,小幅声波在管道内以平面波的形式传播。于是,连续性方程和动量方程可以简化为[11]式中,x是轴向坐标。将等熵关系式代入连续性方程,然后取关于时间t的微分,对动量方程取关于坐标x的微分,两者相减消去含质点振速u的项后得到式和式中的第一项代表沿x正向传播的声波,第二项代表沿x负向传播的声波,系数A和B能够由施加在管道两端的边界条件确定。

对于内部为静态理想流体的刚性壁管道,当横向尺寸较小且频率较低时,小幅声波在管道内以平面波的形式传播。在任意一个横截面上的声学量处处相同,波阵面与声波传播方向(即管道周线)垂直。于是,连续性方程(2-17)和动量方程(2-18)可以简化为[11]

式中,x是轴向坐标。将等熵关系式(2-22)代入连续性方程(2-27),然后取关于时间t的微分,对动量方程(2-28)取关于坐标x的微分,两者相减消去含质点振速u的项后得到

式(2-29)即为平面波方程或一维波动方程。假设声压随时间的变化是简谐的,即

p(x,t)=p(x)ejωt(2-30)

将式(2-30)代入式(2-29),得到如下关于坐标x的微分方程

式(2-31)的解可以表示成正弦和余弦函数的叠加或如下复指数形式

p(x)=Ae—jkx+Bejkx(2-32)

将式(2-32)代入式(2-30)得到

p(x,t)=Aej(ωt—kx)+Bej(ωt+kx)(2-33)

将式(2-33)代入式(2-28)得到

式(2-33)和式(2-34)中的第一项代表沿x正向传播的声波,第二项代表沿x负向传播的声波,系数A和B能够由施加在管道两端的边界条件确定。

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