Page 103 - 《应用声学》2022年第6期

第 41 卷 第 6 期 庞颖钢等： 新型气流声源发声特性及其对气溶胶的团聚实验研究 949

was used to perform agglomeration experiments on fine droplet aerosol. The results show that the greater
the inlet pressure of the sound source, the greater the sound pressure level. The force of sound field on
aerosol and the probability of collisions between particles increase with increasing sound pressure level, finally
the agglomeration speed becomes faster. The agglomeration efficiency is much better for high initial aerosol
concentration, and the transmittance increases more rapidly at the early stage of acoustic agglomeration process.
However, in the later stage of acoustic agglomeration process，the elimination effect is almost the same.
Keywords: Acoustic agglomeration; Air-jet generator; Flow-sound-separation; Agglomeration efficiency

Hartmann 型气流声源具有结构简单、无运动部件、
0 引言 可在恶劣条件下工作等优点，因此有望应用于今后
的气溶胶声波团聚中 [16−17] 。其发声过程为，压缩
声波团聚技术是一项极具潜力的气溶胶快速
空气经喷嘴加速后形成不完全膨胀的射流，射流冲
团聚技术。气溶胶颗粒在高强声场中受声波作用，
入处于压力不稳定区域的谐振腔内，会在腔前形成
产生相对运动，颗粒间相互碰撞、团聚形成粒径更
一个分离的激波，分离的激波会产生大幅度的振荡，
大的颗粒，从而大幅减少气溶胶颗粒数目 [1] 。该技
从而导致周围空气共振发声 [18] 。
术在除尘、除雾、化工、消烟和消防等领域都表现出
目前已有少量研究显示气流声源可用于声波
很好的应用前景 [2−5] 。
团聚技术。Zhao等 [19] 利用频率为50 Hz∼2 kHz和
已有研究人员对声波团聚技术进行了较广泛
140∼150 dB高强度声波的气流声源，对钢铁厂烧结
的研究。Liu 等 [6] 使用压缩式驱动器作为声源，配
烟气进行声波团聚实验，发现在数秒内 PM 2.5 的减
合给予频率的信号发生器与提高功率的功率放大
排效率便可达到 37% 至 92%。Wu 等 [20] 使用频率
器，对燃煤飞灰气溶胶进行团聚处理，在声压级为
在 3∼8 kHz 范围内的气流声源研究超细液滴气溶
147 dB、频率为 1.4 kHz 的条件下，颗粒浓度降低
胶的声波团聚效果，发现在6 kHz 的最佳频率下，超
了68.4%。胡秋冬 [7] 将超声波震子作为声波发生器
细液滴气溶胶的团聚效率可达 55%，但比电声声源
黏附于团聚室外侧进行团聚实验，15 s 停留时间
得到的团聚效率要低 30%。据分析，使用气流声源
下，除尘效率为 93.2% 。陈厚涛等 [8] 使用警报扬声
时，做功后的乏气会伴随声波一同排出，使气溶胶
器作为声波发生器，团聚燃煤飞灰气溶胶，在声压
颗粒往远离声源的方向运动，降低了颗粒物在声场
级为 160 dB 的声场中，PM 2.5 颗粒数量浓度减少了
中的有效停留时间，因此一定程度上降低了团聚效
58.9%。声波团聚除团聚燃煤飞灰和除尘以外，还
率 [21] 。
可用于团聚超细液滴。超细液滴是指粒径尺寸小于
针对上述问题，本文创新性地设计了一款具有
等于10 µm的液相气溶胶。声波团聚超细液滴气溶
气声分离特性的气流声源，可将声源的乏气与声波
胶在机场除雾、人工降雨、工厂回收硫酸颗粒等多
进行分离，减少乏气对团聚效率的负面影响。首先
个工业领域中都具有很好的应用潜力 [9−11] 。张光
通过实验获得声源的发声特性，探究侧面开口尺寸
学等 [12] 使用压缩式驱动器作为声源，在声压级为
对号角出口处气流量与声压级的影响。其次使用该
148 dB、频率为 6 kHz的条件下，10 s内超细液滴气
声源进行声波团聚实验，研究气溶胶浓度与驱动压
溶胶质量浓度减少了 99%。上述研究均表明声波团
力对团聚效果的影响。研究结果可以为气流声源应
聚技术对消除气溶胶具有很好的效果。目前实验大
用于声波团聚技术的进一步发展提供理论基础。
多采用电声声源，配合信号发生器与功率放大器以
便调节声源的频率与声压级，但此类声源内部结构 1 工作原理
精密，在高温、高尘环境中无法正常工作 [13−15] ，无
法应用于工业生产中，其功率也不满足工业生产所 1.1 Hartmann型气流声源及气声分离原理
需。因此亟需研究出可在工业生产环境中稳定工作 Hartmann 型气流声源是以高压气体驱动发声
的大功率高强声源。 的高强声源，发声时存在 3 种工作模式 [22] ：不稳定
相比电声声源，以高压气体驱动的气流声源 模式、回流模式和尖叫模式。声源正常发声时，在回
具有功率大和使用方便的特点。而在气流声源中， 流模式下工作，亚声速气流经环形喷嘴压缩后，被加