Page 107 - 《应用声学》2022年第6期
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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 953
其减小趋势并非线性，受谐振腔内压力变化影响，乏 度增加，增大了颗粒物的运动速度，增大了不同粒径
气流动具有指向性，当侧面开口位置处于乏气流动 间颗粒的相对运动速度，根据正向团聚机理，颗粒间
方向时，质量流量变化波动较大。当L = 5 ∼ 7 mm 相对运动增强，更易于团聚。
时，号角出口处流量将从正值转变为负值，表明此
时号角出口处气流将以回流的形式从侧面开口处 100
排出。 80
ᤩАဋ/% 0.20 MPa
100 60 үԍҧ/MPa
0.15 MPa
50 40 0.25 MPa
0.30 MPa
q m/(kgSh -1 ) -50 20 0
ܦฉ
0
-100
q m 0 2 4 6 8 10
ᫎ/s
-150
图 10 不同驱动压力下的团聚效果
-200
2 4 6 8 10 12 14 Fig. 10 Reunion effect under different inlet pres-
Ο᭧नࡇࠪ L/mm
sures
图 9 侧面开口尺寸对号角出口乏气流量的影响
在声波作用 7 s 后，0.2∼0.3 MPa 工况下的透
Fig. 9 The influence of opening distance on the
光率基本相同，都达到 98% 左右，而 0.15 MPa 工
mass flow at the exit of the horn
况下声波作用 10 s 时透光率只能达到 94%。此时
为了使声源在声波团聚工业应用时具备良好 0.15 MPa进气压力的声压级为145 dB，0.2 MPa进
的团聚效果，应避免乏气对气溶胶的干扰，因此号角 气压力的声压级为 154 dB，已能够将团聚室内的超
开口处的气流应尽可能小。同时，回流的存在会使 细液滴颗粒基本消除干净。声压级为 145 dB 时，细
团聚室内颗粒由侧面开口处排出，同样会降低团聚 液滴随气体介质振荡的幅值较小，其一个周期内可
效果。从图9可见，当L为6.5 mm左右时，乏气基本 碰撞的细液滴数目较少，随着团聚的不断进行，颗粒
全部从声源侧面开口排出，而号角出口的宏观流速 间间距增大，液滴的碰撞几率进一步减小，因此团聚
几乎为零，气声分离效果最佳。 效率较差。
3.2 声源的团聚效果 3.2.2 气溶胶初始浓度对团聚效果的影响
3.2.1 声源驱动压力对气溶胶团聚的影响 图 11为 L = 6.3 mm、驱动压力为 0.3 MPa、频
图10为L = 6.3 mm、频率为 2.9 kHz条件下声 率为 2.9 kHz 条件下气溶胶浓度对团聚的影响。结
源驱动压力对气溶胶团聚的影响，结果显示，在无声 果表明，初始透光度为 1.5%、4.0%、27.0%、40.0% 的
波作用下团聚室内透光率在 10 s 内基本没有变化， 4 种工况在声波作用 7 s 时，透光率已基本一致，团
说明气溶胶的自然沉降是个缓慢的过程。有声波作 聚室内的透光率都已达到 98%，说明气溶胶初始浓
用下，团聚室内透光率在 8 s 时已达到 98%，声波对 度越大，早期团聚速率越高。其主要原因为，气溶胶
消除气溶胶有显著的作用。对声源施加不同的驱动 初始浓度越大，单位体积内液滴颗粒数目越多，颗粒
压力，0.3 MPa 下的团聚效果最好，0.25 MPa 下的 间的间距越小，声波团聚时，单位时间内颗粒间发生
团聚效果次之，0.15 MPa 下团聚效果最差，这与不 碰撞的几率增大，更容易团聚形成较大粒径颗粒。
同驱动压力下的声源发声强度相对应。声场中的颗 团聚过程中单位体积内颗粒不断减少，颗粒间
粒物是被气体介质挟带振动的，声场强度的增加，增 距也在增大，颗粒间的碰撞几率逐渐减小，因此透光
大了气体介质的振动速度幅值，从而使气体介质的 率的增长速率也在不断减小。同时，团聚形成的大
振动幅度增大，被气体挟带的颗粒物的幅值也相对 液滴受重力影响会滴落至团聚室底部，缺少大团聚
增大，碰撞几率增加，团聚效果越好。同时，声场强 体作为团聚核会进一步减少颗粒间碰撞概率。因此
