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悬臂式簧片哨喷嘴结构与发声关系研究

胡耀军  
【摘要】:近年来,国内外相继在实验室开展的超声波声空化效应降解水中有机污染物、处理污染水体的研究取得很多进展,尤其是对难降解有机污染物,声空化降解显示了简捷、快速、降解率高等特点。国内外声空化研究者把探讨和研究声波处理大流量液体的方法聚焦在流体动力式发声器。已有的大量研究证明,流体动力装置产生的空化与电动式超声空化对过程的强化原理是相同的,区别在于形成空化的方法和手段上。 簧片哨是利用液体作为动力源的声换能器,1948年由R. Pohlman和W. Janovsky首先发明和应用到工业中,因此也叫做Pohlman-Janovsky哨。由于簧片哨具有结构较为简单、造价低廉、操作方便、经久耐用的独特优点,尤其利用声波在液体中产生空化效应处理污染水体时,簧片哨相比使用电驱动超声表现出了处理量大、耗电量小,适合于工业上应用的优势。 目前在液体流体动力式发生器研究方面,基于数学软件研究的较少,而近年来计算流体动力学(CFD)及有限元分析的迅速发展,为这一方面研究提供新的研究方法,模拟与实验相结合,更有利于发现簧片哨射流的变化情况,以及研究发声机理。本文利用计算流体动力学软件对射流的速度,射流产生的压力以及湍流强度等参数进行研究,具体的研究内容如下: 1.对所研究的簧片哨结构,利用Gambit软件建立二维的计算区域模型,并加以划分网格、设定边界条件。然后利用CFD软件计算,得到射流速度、动态压力、湍流强度等参数的变化云图;根据在计算区域内设置监测位置,对模拟得到的数据进行比较分析得出射流变化的特点;绘制上述参数的变化趋势图线。 2.有限元分析软件,建立簧片的有限元模型,并且计算簧片振动本征振型,得出固有振动频率。 3.对液体射流从不同几何形状的出口喷出,出口速度,湍流强度,出口压力等参数的研究了射流的运动状态,分析了簧片振动状态。通过二者结合,探究射流耦合簧片振动的振型。 4.通过实验,得出簧片哨声场信号数据。水听器测得的声场实验数据利用数学软件MATLAB频谱分析,得出一些发声频率,同时利用传声器采集信号的声压级的值,对声压级变化趋势进行了分析。 研究结果表明:簧片哨喷嘴的结构对射流有较大的影响。声信号中出现与理论计算得到簧片本征频率相近的频率信号。两路传声器接收的信号进行比较能够很好的排除噪声信号的干扰,有利于进一步的分析。


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