Page 111 - 《应用声学》2021年第1期

第 40 卷 第 1 期 柏文文等： 声波作用下液滴碰并沉降及其氢氧同位素特征 107

为 ±0.080‰；δD 最大差值为 1.472‰，对应的标准 2.2 粒径特征
差之和为 ±0.250‰。由于液滴源同位素值相同，则 河水源液滴粒径 -体积频率及其累积频率如
相对于自然沉降工况，声波使得汇集水中的氢氧同 图 5(a)、图 5(b) 所示。图例中 AAVF(Acoustic ag-
位素值出现富集，表明声波会增强液滴与环境水汽 glomeration volume frequency) 表示声波作用体积
交换强度。 频率；AAAF(Acoustic agglomeration accumulation
2.1.2 雨水源 frequency) 表示声波作用累积频率；NSVF(Nature
与河水源实验结果相一致，雨水源汇集水的氢 sediment volume frequency) 表 示 自 然 沉 降 体 积
氧同位素值出现富集。液滴氢氧同位值均小于对应 频率；NSAF (Nature sediment accumulation fre-
的汇集水氢氧同位素值，说明液滴在气室沉降过程 quency) 表示自然沉降累积频率。可以看出，自
中与环境水汽发生了同位素交换。两种工况下的汇 然沉降组的液滴体积频率表现出 “高瘦型” 特征
集水氢氧同位素值对比如图 4 所示，图中声波作用 并在 D = 16 µm 处出现峰值，而声波作用组液
工况的汇集水同位素值围绕自然沉降组同位值上 滴体积频率呈 “矮胖型” 特征并在 D = 16 µm 和
下波动，有部分点出现重合，而河水源组的声波作用 D = 34 µm 处出现峰值。声波作用组液滴粒径 -体
工况的汇集水同位素值均向左上方偏离自然沉降 积频率出现多峰状特征，与对照组粒径分布 (多峰
组同位值 (部分点出现重合)，表明还有其他影响因 状) 相关。相比自然沉降工况，声波作用后液滴峰
素(如液滴粒径)影响实验结果。 值粒径向右偏移。在 13 ∼ 162 µm 内，自然沉降
组的体积累积频率均高于对应的声波作用组的体
-63
AAAW¹δD 积累积频率，声波作用后液滴特征粒径 D 10 、D 50 、
-64 NSAW¹δD D 90 、VAD (D 10 表示小于该粒径的体积占总体积的
ܦฉͻၹලᬷඵδD/ā -66 10%，D 50 和 D 90 其余类推；VAD(Volume average
-65

diameter) 表示体积平均直径) 整体增大，增幅较
-67
均匀。
-68
雨水源液滴粒径体积频率及其累积频率由
-69
图 5(c)、图 5(d) 可以看出，自然沉降组与声波作用
-70
-70 -69 -68 -67 -66 -65 -64 -63 组的液滴体积频率均表现出“高瘦型” 特征，声波作
ᒭཀྵොᬌලᬷඵδD/ā
用组粒径 -体积频率也出现多峰形 (峰状没有河水
(a) ܦฉࠫලᬷඵඪՏͯጉॖ־Тጇ
源明显)。自然沉降组的峰值粒径为 15 µm，声波作
-10.0 用组的峰值粒径为 17 µm，声波作用后液滴峰值粒
18
AAAW¹δ O 径偏移不大。当液滴粒径处于 11∼96 µm 时，自然
18
NSAW¹δ O
-10.2
ܦฉͻၹලᬷඵδ 18 O/ā -10.4 沉降组的体积累积频率均高于对应的声波作用组
累积频率，声波作用后特征粒径整体增大，增幅不
-10.6
均匀。
-10.8
河水和雨水源液滴的特征粒径增幅见表 3。其
-11.0
中河水 D 90 平均增大 24.99 µm，标准差 9.09 µm；
-11.2
VAD 平均增大 12.22 µm，标准差 2.87 µm。雨水
-11.2 -11.0 -10.8 -10.6 -10.4 -10.2 -10.0
ᒭཀྵොᬌලᬷඵδ O/ā D 90 平均增大37.64 µm，标准差7.97 µm；VAD平均
18
(b) ܦฉࠫලᬷඵතՏͯጉॖ־Тጇ 增大 10.43 µm，标准差 1.75 µm。对比雨水和河水
源液滴特征粒径增幅可以发现，除D 90 外，河水源液
图 4 不同工况下雨水源液滴汇集水氢氧同位素变化图
滴特征粒径增幅均大于雨水源的。因此对于不同粒
Fig. 4 Hydrogen and oxygen isotopes relationship of
accumulated water with precipitation source under 径分布的液滴群，100 Hz 声波频率具有特定的敏感
different conditions 响应粒径。