Page 105 - 《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 951

式(2)中：T t 为t时刻的气溶胶透光率；I t 为t时刻透
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过气溶胶颗粒的激光强度；I 0 为团聚室内无气溶胶
颗粒时的激光强度。团聚室内气溶胶的初始浓度可
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以用初始透光率的大小表示，初始透光率越小，气溶
胶初始浓度越大。
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超细液滴气溶胶由水雾发生器产生，利用粒子
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动态分析仪 (Particle dynamic analyzer, PDA) 对
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液滴粒径进行了采样分析。测量结果见图4，该颗粒
的粒径主要分布在2∼ 20 µm之间。
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图 3 气溶胶声波团聚实验装置图
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Fig. 3 Schematic diagram of the experimental
set-up for acoustic agglomeration aerosol

将声级计探头作为传声器与示波器 (型号 - 4
TBS1072B) 连接，示波器采样间隔为 1 × 10 −5 s，
0
将传声器放置在团聚室内，示波器将获取一段时间
0 10 20 30 40
内压力变化的数据，保存数据并将所得数据通过快
ዢय़/µm
速傅里叶变换得到对应的频谱分析。在相同位置用
图 4 超细液滴颗粒的初始粒径分布
声级计 (型号 -AWA5661)的Z 计权 (线性不计权) 方
Fig. 4 Initial particle size distribution of fine
式测量声源的声压级。
droplet aerosol
使用热线风速仪 (型号 -Testo405i)测量团聚室
内风速，由于号角出口风速不均匀，在团聚室内采用 3 结果与分析
多点测量的方法采集对应点位的风速。用各点位的
风速可以进一步获取此时号角出口处的质量流量， 3.1 声源的发声特性
其计算公式为 3.1.1 声压级与频率
图 5 为声源在不同驱动压力下的声压级。由
q m = ρq v = ρ (A 1 v 1 + A 2 v 2 + · · · + A n v n ) , (1)
图 5 可见，声压级随驱动压力先增大后减小，在
式 (1) 中：q m 为质量流量；ρ 为空气密度；q v 为体积 0.3 MPa下声压级达到最大值，为159.6 dB。驱动压
流量；A n 为测量点对应的测量面积；v n 为测量点对 力在 0.3 MPa 以下时，声压级随驱动压力的增大而
应的风速。 增大，增长率则逐渐降低。但声压级并非随驱动压
采用激光测试系统实时测量团聚室内气溶胶 力的增大而一直增大，Brun [27] 通过实验得到，当压
颗粒的团聚情况，由功率50 mW、波长650 nm 的激 力的增加使不稳定阈值非常接近谐振腔时，声压级
光水平照射团聚室，用激光功率计 (型号 -LP1)接收 反而会降低。主要原因是驱动压力的增大会使激波
穿过团聚室的激光，即可实时采集透过团聚室的激 的单位长度发生改变，不稳定区域的位置发生变化，
光强度，数据处理后可以得到气溶胶透光率。通过 谐振腔所处位置从湍流混合区变至湍流稳定区，使

测量团聚室内有无气溶胶时的激光光强，可以得到 声压级下降 [28] 。
透光率，计算公式为 图6为该声源的频谱分析，发声基频为2.9 kHz，
振 幅 为 800 Pa 左 右。 其 倍 频 分 别 为 5.8 kHz 与
I t
T t = × 100%, (2)
I 0 8.7 kHz，两个倍频的振幅为100 Pa左右。