多極駐波聲場對微顆粒遷移影響的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、空氣中的懸浮微顆粒是引起大氣污染的主要原因，對自然環(huán)境和人類健康形成威脅。傳統(tǒng)的除塵降塵手段主要針對大粒徑顆粒;而對于微顆粒的分離技術(shù)還處于逐步探索階段。在關(guān)于聲波顆粒處理的研究中，聲波特別是駐波對微顆粒的遷移行為具有良好的操縱性，可實(shí)現(xiàn)顆粒的聚集和分離。基于聲波對微顆粒的操縱理念，設(shè)計并制作了一種多極駐波顆粒分離裝置，探究裝置的聲學(xué)特性以及裝置對大量微顆粒的分離效果。
　　聲波操縱微顆粒的核心在于梅造一定聲強(qiáng)梯度和形態(tài)分布的聲場

2、。實(shí)驗(yàn)裝置的主要部件包括Helmholtz聲源和平面回音腔。信號發(fā)生器產(chǎn)生的交流電信號經(jīng)功率放大器初步放大后進(jìn)入Helmholtz聲源，Helmholtz聲源將電信號轉(zhuǎn)換為高強(qiáng)度的聲信號并向平面回音腔內(nèi)輻射。相同的多束聲波在平面回音腔內(nèi)疊加形成多極駐波復(fù)合聲場。該聲場對其中懸浮顆粒產(chǎn)生遷移操縱作用，使大量微顆粒在聲場聲強(qiáng)密度梯度的作用下發(fā)生聚散遷移，最終實(shí)現(xiàn)混雜在空氣中微顆粒的分離。通過對多極駐波顆粒分離裝置的分析，建立了Helmhol

3、tz聲源和平面回音腔的物理模型，分析了裝置的聲學(xué)特性以及裝置對微顆粒的遷移。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　Helmholtz聲源中，揚(yáng)聲器和Helmholtz共振器的相互作用決定著Helmholtz聲源的等效電/聲阻抗，并影響Helmholtz聲源的兩端電壓、輸出聲壓和電聲轉(zhuǎn)換效率;揚(yáng)聲器膜的諧振以及Helmholtz共振器的共振可以增強(qiáng)Helmholtz聲源發(fā)射聲波信號。一定條件下，Helmholtz共振器的共振提高了Helm

4、holtz聲源的電聲轉(zhuǎn)換效率。在與單獨(dú)揚(yáng)聲器的聲學(xué)特性對比實(shí)驗(yàn)中，電阻為6.5Ω的Helmholtz聲源獲得了高達(dá)113％的電聲轉(zhuǎn)換效率。
　　頻率為1.805kHz的聲信號可以實(shí)現(xiàn)Helmholtz聲源和平面回音腔的同步諧振;位于回音腔壁面中心的16極對稱Helmholtz聲源使平面回音腔具有明顯的諧振特征，此時平面回音腔內(nèi)復(fù)合聲場的聲強(qiáng)按環(huán)形特征分布;平面回音腔內(nèi)的復(fù)合聲場在諧振頻帶內(nèi)聲學(xué)特征穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)大量煙氣顆粒的聚集和