多极驻波声场对微颗粒迁移影响的理论与实验研究

发布时间：2017-09-14 03:26

  本文关键词：多极驻波声场对微颗粒迁移影响的理论与实验研究

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【摘要】：空气中的悬浮微颗粒是引起大气污染的主要原因,对自然环境和人类健康形成威胁。传统的除尘降尘手段主要针对大粒径颗粒；而对于微颗粒的分离技术还处于逐步探索阶段。在关于声波颗粒处理的研究中,声波特别是驻波对微颗粒的迁移行为具有良好的操纵性,可实现颗粒的聚集和分离。基于声波对微颗粒的操纵理念,设计并制作了一种多极驻波颗粒分离装置,探究装置的声学特性以及装置对大量微颗粒的分离效果。声波操纵微颗粒的核心在于构造一定声强梯度和形态分布的声场。实验装置的主要部件包括Helmholtz声源和平面回音腔。信号发生器产生的交流电信号经功率放大器初步放大后进入Helmholtz声源,Helmholtz声源将电信号转换为高强度的声信号并向平面回音腔内辐射。相同的多束声波在平面回音腔内叠加形成多极驻波复合声场。该声场对其中悬浮颗粒产生迁移操纵作用,使大量微颗粒在声场声强密度梯度的作用下发生聚散迁移,最终实现混杂在空气中微颗粒的分离。通过对多极驻波颗粒分离装置的分析,建立了Helmholtz声源和平面回音腔的物理模型,分析了装置的声学特性以及装置对微颗粒的迁移。实验结果表明：Helmholtz声源中,扬声器和Helmholtz共振器的相互作用决定着Helmholtz声源的等效电／声阻抗,并影响Helmholtz声源的两端电压、输出声压和电声转换效率；扬声器膜的谐振以及Helmholtz共振器的共振可以增强Helmholtz声源发射声波信号。一定条件下,Helmholtz共振器的共振提高了Helmholtz声源的电声转换效率。在与单独扬声器的声学特性对比实验中,电阻为6.5Ω的Helmholtz声源获得了高达113%的电声转换效率。频率为1.805kHz的声信号可以实现Helmholtz声源和平面回音腔的同步谐振；位于回音腔壁面中心的16极对称Helmholtz声源使平面回音腔具有明显的谐振特征,此时平面回音腔内复合声场的声强按环形特征分布：平面回音腔内的复合声场在谐振频带内声学特征稳定,可以实现大量烟气颗粒的聚集和分离。实验还对比了不同数目Helmholtz声源对平面回音腔频率谐振的影响,以及在不同数目Helmholtz声源的作用下,平面回音腔对其中大量烟草燃烧颗粒的迁移和分离效果。实验表明,多极驻波颗粒分离装置对微颗粒具有良好的迁移效果。
【关键词】：微颗粒 Helmholtz声源 驻波 声学操纵 烟气分离
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X513;X701.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 主要符号表9-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 声波颗粒分离研究现状11-14
• 1.2.1 声波颗粒分离的发展概况11-12
• 1.2.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 研究目的和意义14-15
• 1.4 主要研究内容15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 多极驻波颗粒分离装置的理论模型分析16-29
• 2.1 驻波颗粒振动系统16-20
• 2.1.1 驻波构造16-17
• 2.1.2 驻波颗粒振动模型17-19
• 2.1.3 颗粒的迁移19-20
• 2.2 回音腔谐振理论20-21
• 2.3 多极驻波颗粒分离装置组成和分析21-28
• 2.3.1 Helmholtz声源理论分析22-26
• 2.3.2 平面回音腔模型分析26
• 2.3.3 多极驻波颗粒分离装置理论分析26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 多极驻波颗粒分离装置及实验测试系统29-37
• 3.1 多极驻波颗粒分离装置29-32
• 3.1.1 实验装置结构29-30
• 3.1.2 扬声器30
• 3.1.3 Helmholtz声源30-31
• 3.1.4 烟气充注装置31-32
• 3.2 多极驻波颗粒分离装置的声学测试平台32-36
• 3.2.1 信号发生器33-34
• 3.2.2 功率放大器34
• 3.2.3 示波器34-35
• 3.2.4 传声器35
• 3.2.5 动态数据采集系统35-36
• 3.2.6 实验图像动态采集36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 多极驻波颗粒分离装置的声学测试分析37-51
• 4.1 声源的声学特性分析37-42
• 4.1.1 声源的声学测试系统37
• 4.1.2 Helmholtz共振器频率特性37-38
• 4.1.3 声学负载下扬声器的频率特性38-39
• 4.1.4 Helmholtz声源结构的声学特性分析39-42
• 4.2 多极驻波颗粒分离装置的声学测试42-49
• 4.2.1 回音腔壁面声源的频率特性42-43
• 4.2.2 平面回音腔的频率谐振特性43-45
• 4.2.3 平面回音腔内声场的空间分布特征45-49
• 4.2.4 平面回音腔内声场的时间变化特征49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 多极驻波复合声场迁移微颗粒的实验研究51-58
• 5.1 复合声场的烟气颗粒声学操纵迁移实验51-56
• 5.1.1 4极和8极声源的烟气迁移实验研究52-54
• 5.1.2 16极声源的烟气迁移实验54-56
• 5.1.3 不同复合声场实验结果分析56
• 5.2 本章小结56-58
• 第六章 全文总结与展望58-60
• 6.1 全文总结58-59
• 6.2 研究展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 硕士期间取得的学术成果64

【参考文献】

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本文编号：847601