Экспериментальные исследования процесса акустической коагуляции туманов на низких частотах

Результаты численного эксперимента приведены в табл. 1 в виде дроби. В числителе приведены пространственно-энергетические характеристики ДЗАО, рассчитанные для эталонной кривой. В числителе наклонной чертой отделены аналогичные результаты тех же характеристик, полученные для соответствующей достроенной кривой ВРСЗ по рассмотренному алгоритму.

Таблица 1

Результаты расчетов пространственно-энергетических характеристик ДЗАО

Номер кривой ВРСЗ Начало ДЗАО, км Погрешность, % Протяженность ДЗАО, км Погрешность, % Максимальное значение аномалии в ДЗАО, дБ Погрешность, %

1 48,5/47,52 9,6/8,88 17,4/18,25

2 40,5/40,50 9/9,88 16,9/17,85

3 61,5/62,52 9/9,99 22/234

4 62,5/62,50 25/24,43 18,5/17,36

5 34,8/33,83 10/1110 14/14,86

6 31/29,55 18,4/19,14 13/12,82

В знаменателе дроби приведены относительные погрешности расчета данных характеристик для достроенной кривой ВРСЗ.

Анализ результатов численного эксперимента показывает, что предложенный алгоритм достроения измеренной части кривой ВРСЗ до дна с использованием многолетних данных позволяет простроить полный профиль ВРСЗ независимо от предельной глубины измерения скорости звука корабельной аппаратурой. Рассмотрение полученных погрешностей позволяет сделать вывод о качестве алгоритма, целесообразности применения его для автоматизированной обработки измеренной части кривой ВРСЗ с использованием статистической базы данных о пространственной изменчивости поля скорости звука в различных районах МО

К.В. Таганова, Н.Н. Чернов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА АКУСТИЧЕСКОЙ КОАГУЛЯЦИИ ТУМАНОВ НА НИЗКИХ ЧАСТОТАХ

Влияние туманов на процесс жизнедеятельности человека особенно заметно в весеннее-осеннее время, когда аэропорты, дороги и посадочные площадки опасны для работы транспорта. Потребность просветления мест интенсивной работы транспорта послужило толчком для поиска эффективных методов рассеяния туманов.

В естественной природе существует способ коагуляции водяных частиц, который проявляется как гром, раскаты которого приводят к укрупнению дождевых капель, а в промышленности он известен как метод акустической коагуляции микронных частиц гидро- и аэрозолей.

Результаты экспериментального исследования просветления туманов на ультразвуковых частотах не позволили широко использовать метод акустической коагуляции из-за затухания волн и, как следствие, больших энергетических затрат при больших объемах озвучиваемого пространства [1]. В последующих теоретических и экспериментальных исследованиях процессов коагуляции была показана эф-

Нелинейные акустические системы

фективность применения низких частот озвучивания [2]. Для подтверждения этого нами была разработана и создана лабораторная установка для исследования процесса просветления туманов на низких частотах. В качестве генератора туманов использовался ультразвуковой распылитель жидкостей, который позволял получать туман с концентрацией до 2 г/см3 при среднем медианном размере частиц порядка одного микрона. Производительность распыления составляла 4 мл/мин, диаметр частиц основного спектра аэрозоля не более 5 мкм.

Исследование проводилось в коагуляционной камере с размерами рабочего участка 070 мм и длинной 350мм. Источником звука служил электродинамический громкоговоритель типа ГД-25 номинальной мощностью 25Вт. С помощью отражающего поршня в камере создавались стоячие волны.

Изменение звукового давления и запись картины распределения поля внутри коагуляционной камеры производится с помощью миниатюрного приемника звукового давления, выполненного из пьезокерамики в виде сферы диаметром 4 мм. Чувствительность приемника в области рабочих частот была порядка 1 мкВ/Па. Регистрация звукового давления производилась при помощи микровольтметра В6 - 38, работающего как в селективном, так и в широкополосном режиме.

Картина распределения звукового поля была снята путем перемещения приемника по оси камеры, полученные результаты представлены на рис.1.

Контроль за изменением счётной концентрации частичек тумана (укрупнением частиц) осуществлялся фотометрическим методом путём измерения интенсивности прошедшего через коагуляционную камеру светового потока нефелометром.

Производительность генератора тумана изменялась с целью создания требуемых концентраций тумана при различных скоростях движения его по коагуляционной камере, учитывая, что время нахождения частиц тумана в коагуляционной камере должно быть не менее 1 секунды.

В результате опытов получена зависимость счетной концентрации капелек от времени озвучивания тумана приведенных на рис.2, где кривая 1 - исходный туман; кривая 2 - после озвучивания в течении 1 мин, Р = 350 Па; кривая 3 - после озвучивания 3 мин, Р=350 Па.

Распределение звукового давления

Рис.1

Содержание

частиц

меньше Я, 2Я,%

ш

її

ІЇЇ

II

і

Рис.2.

Полученные результаты позволяют сделать заключение о целесообразности использования низких частот для просветления туманов, т. к. низкочастотные излучатели (например, электросирены) имеют больший к.п.д., просты и надежны в эксплуатации, кроме того, потери относительно дорогостоящей акустической энергии за счет поглощения и рассеяния на низких звуковых частотах существенно меньше.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Медников Е.П., Акустическая коагуляция и осаждение аэрозолей. М.: Изд-во АН,1963.

2. Тимошенко В.И. Динамика и кинетика акустической коагуляции аэрозолей / Дис.докт.техн.наук. Л., 1975. 340с.

80

2К. мкм

А. С. Черепанцев

ЧИСЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ЗАТУХАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В МОРЕ

При моделировании распространения звука в морской среде необходимым является определение затухания, т.е. закона изменения звукового поля с расстоянием. При этом можно выделить частотно-независимое изменение, обусловленное расхождением фронта волны, и затухание, зависящее от частоты, имеющее характер экспоненциального спадания звукового поля и связанное с потерей акустической энергии.

Имеющиеся к настоящему времени экспериментальные данные по затуханию акустических волн в морской среде указывают на превышение реальных значений по сравнению с имеющимися моделями затухания, обусловленными сдвиговой вязкостью и релаксационными потерями. К причинам, вызывающим дополнительное затухание, принято относить поглощение и рассеяние звука неоднородностями среды и включениями, такими как газовые пузырьки и биологические объекты. Сложность учета большого количества влияющих факторов приводит к тому, что на практике используются полуэмпирические формулы, базирующиеся на результатах экспериментов. Обширный материал исследований затухания звука в морской среде привел к выводу об удовлетворительности зависимости коэффициента затухания от частоты в виде

р = 0.036 •

где р - коэффициент затухания, дБ/км, f - частота, кГц, в диапазоне рабочих частот большинства гидроакустических систем 0,016 - 100 кГц.