Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука. Книга 1. Источники мощного ультразвука OCR
Подождите немного. Документ загружается.
ному
-
к
повышению
частоты
без
снижения
мощности,
поэтому
более
ра
зумно,
на
наш
взгляд,
применять
излучатели
с
коэффициентом
К,
лежа
щим
в
пределах
1,4-1,6,
так
как
здесь
акустическая
мощность
уже
дости
гает
своего
оптимального
значения.
Один
из
основных
вопросов,
который
надлежит
ВЫЯСНИ1Ь
дЛЯ
стержне
вых
излучателей,
заключается
в
следующем:
можно
ли,
пропорционально
увеличиваh
диаметр
сопла
и
стержня,
а
следовательно,
повышая
энергию
выходящей
струи
без
существенного
ЧRменения
частоты,
соответственно
увеличить
излучаемую
мощ
НОС1Ь?
Если
мощность
растет
'1l,6m
-1
пропорционально
расходу
BO~
, i
духа
при
увеличении
среднего
J
диаметра
кольцевого
сопл
а,
то
175
f-------+---,f--Ilr+-.....-1~t------
можно
надеяться
создать
высо
кочастотные
излучатели
боль
К=1,
7
шой
мощности
с
неплохим
к.
п. д.
150
1------_+_--+---,,....x--I--I>--4--
Если
же
мощность
растет
мед
леннее,
то
целесообразность
ис
пользования
высокочастотных
стержневых
излучателей
вызы
ваот
сомнение.
При
увеличении
диаметра
сопла
изменяется
и
ширина
струи
и
длина
ячейки,
поэтому
очень
трудно
сопоставить
излу
чaTeли,
у
которых
изменяется
лишь
это'!'
нонструктивный
раз
мер
(при
неизменных
величи
нах
1
и
h
срез
резонатора
ока
зывается
в
различных
частях
зоны
нестабильности
примени
тельно
к
недеформированной
струе).
При
этом
значение
про
тиводавления
в
деформирован
ном
потоке
изменяется,
а
следо
вательно,
и
величина
отхода
скачка
до
ДОНЫШЕа
резонатора.
Такие
излучатели
работают
в
100~-----н~~--~----+---,-\
75~----Н-~+-~+-----~~-----
501t-----~--+-------t----
а,
l
2
8
I(i
[,I-1/'(
Рис.
63.
Зависимость
мощности
излучения
от
параметра
К;
d
c
=
10
мм,
d
CT
= 7
М.М,
РО
=3,0
атu
разных
режимах,
поэтому,
несмотря
на
увеличение
энергии
струи,
акусти
ческая
мощность
может
и
не
меняться.
При
выяснении
влияния
выходного
сечения
сопла
на
акустическую
мощность
следует
сравпивать
свистки,
работающие
в
одинаковом
режиме,
т.
е.
свистки,
все
параметры
у
кото
рых
изменены
пропорционально.
Тогда
излучатели,
отличающиеся
раз
мером
диаметра
сопла,
но
с
одинаковыми
безразмерными
параметрами
К,
R,
L
и
Н,
будут
подобными
и
сравнение
мощности
будет
проводиться
в
оди
наковом
режиме
работы
(разумеется,
при
условии
постоянства
давления
воздуха).
Для
выяснения
интересующей
нас
зависимости
обратимся
к
табл.
15
и
16,
в
которых
приведены
значения
частот
и
мощностей
для
двух
излуча
телей
с
близкими
значениями
безразмерных
конструктивных
параметров:
d
c
= 10
мм,
d
p
=
15
мм,
d
CT
= 7
мм,
тогда
К
= 1,5; R = 0,7
и
d
c
=
13
мм,
d
p
=
19
мм,
d
CT
= 9
мм,
тогда
К
= 1,46
и
R = 0,62
(более
близких
зна
чений
К
и
R
среди
исследованных
нами
сочетаний
d
cT
, d
c
и
d
p
найти
не уда
лось)'.
Для
Rаждого
значения
параметров
Н
и
L
в
верхней
строке
таблиц
приведены
значения
частоты
(в
nгц),
а в
нижней
строке
-
величины
аку
стической
мощности
(В
вт),
полученной
при
данной
настройке.
9.1.
92
Та
б
ли
ц
а
15
Частота
и
акустическая
мощность
стержневого
излучателя
с
соплом
диаметром
10
.мм
(К
=
1,5,
R = 0,7)
~I
0,4
I 0,5 I 0,6 I
0,7
I
0,8
I 0,9 I
1,0
I 1,1
0,5
11,9
11
,3
10,4
9,6
9,О
8,4
7,9
41
49
68
45
79
97
121
0,6
11
,1
10,4
9,8
8,9
8,3
7,8
7,2
69
45
58
83
99
111
101
0,7
10,5
9,7
9,0
8,2
7,6
7,1
6,85
17
77
73
134
122
103 124
0,8
8,2
7,9
7,5
7,1
6,8
6,3
6,1
28
104 107
83
114 183
150
0,9
7,65
7,5
7,15
6,8
6,35 6,05
5,85
36 104
101
130
112 177 180
1,0
7,3
7,05
6,7 6,3
5,9
5,75
5,55
30
100 116 128
127
Н3
114
1,1
6,95
6,6
6,1
5,8
5,55
5,3
5,1
28
124 159 144
143
134
218
Т
а б
л и ц
а
16
Частота
и
акустическая
мощность
стержневого
излучателя
с
соплом
диаметром
13
.м.м
(К
= 1,46, R = 0,62)
7,5
136
7,05
124
6,7
138
6,0
124
5,7
152
5,4
119
5,1
133
~I
0,38 I 0,46 I 0,54 I 0,61 I 0,69 I 0,92 I
1,0
1,08
7,8
7,651
7,4
7,25
6,95
6,0
5,8
5,65
0,46
269
260
430
255 442
478
417 452
7,5
7,25
7,1
6,85
6,65
5,8
5,6
5,4
0,54
334
197
265
340 409
377
818 396
6,9
6,9
6,6
6,35
6,15
5,5
5,2
5,05
0,61
211
250
489 298
378
319 365 639
6,6
6,55
6,3
6,1
5,9 5,2
5,0
4,9
0,69
420
376
310
384
413
394
1225 388
6,35
6,25
6,05
5,9
5,75
5,05
4,8 4,7
0,77
366 416
426 596
417
1368
434
715
5,95
5,9
5,8
5,65
5,5
4,85
4,65
4,5
0,85
651
570
551
1200
650
878
744
512
5,85
5,8
5,65
5,45
5,25
4,65
4,4
4,15
0,92
399
509
1237 1128
1322
1629
1726
949
5,6
5,5
5,3
5,15
4,95
4,45
4,3
4,1
1,0
692
821
891
1117
1237
1814
1214
1299
5,1
4,9
4,8
4,7
4,6
4,25
4,1
3,9
1,15
1082
1040
1286
1332
1260 1640 1359 1236
5
5
5
Для
излучателя
с
а
с
= 10
м,м,
К
= 1,5
и
R = 0,7
выходное
сечение
сопла
30
составляло
40
мм
2
,
а
для
излучателя
с
а
с
= 13
мм,
К
= 1,46
и
R = 0,62
сечение
достигало
81
мм
2
•
Таким
образом,
расход
воздуха, про
порциональный
сечению
сопла,
изменился
в
два
раза.
Посмотрим,
как
при
этом
увеличилась
акустичеекая
мощность.
Сравним
мощность,
полученную
при
Н
= 0,6
и
L = 1,0.
Из
табл.
15
видим,
что
для
а
с
= 10
мм,
W
a
= 101
вт,
1 = 7,2
кгц, а
из
табл.
16
для
d
c
= 13
мм,
W
a
= 365
вт
и
1 =
5,2
кгц.
Учитывая,
что
в
подобных
систе-
d
C2
13
6 8
Э
мах
11
=
12
d '
имеем
11
=5,2
10 = ,
кгц.
кспериментально
полу-
С1
ченная
частота
11
несколько
выше:
7,2
кгц;
объясняется
это
некото-
рой
разницей
параметров
К
и
R.
Мощность
для
рассматриваемых
значе
ний
параметров
настройки
отличается
в
3,6
раза,
т.
е.
немного
больше,
I
I
Ih=вн~
1000
I----It---.-~--+---+--_;
I----+----+----+--+t--+---J
\
Ь=!О/1,
п=
If!-
Н
150
I---+tЧl--++-+-\-t--+------i
1---I----t---+-1I--tJftt-----i
~
1\
~i\
'
'<87
500
j;
~~x
t~.L~~
~
250 1
~i
it-'~-'
/
~й
__
~~~~_~
__
~~~~IL_~
__
~~
__
~
__
~
__
~
{j
в
10
12
14
l,HH
{j
В
10
12
14
,,ИМ
Рис.
64.
Зависимость
акустической
мощности
излучателя
ГСИ-4
отпараметров
настройки
чем
увеличение
расхода
воздуха.
При
сопоставлении
излучателей
с
оди
наковыми
безразмерными
параметрами
можно
заключить,
что
с
уменьше
нием
частоты
излучения
(увеличивая
диаметр
сопла),
одновременно
с
увеличением
мощности,
можно
рассчитывать
на
некоторое
повышение
К.
п.
д.
Как
видно
из
таблиц,
это
увеличение
возрастает
с
приближением
настройки
излучателя
к
оптимальной.
Расчеты
показывают,
что
если
для
первого
излучателя
максимальный
к.
п. д.
составлял
6,6
%,
то
для
излуча
теля
с
большим
сечением
сопла
он
достигал
уже
26,5%
(W
a
= 1,8
квт).
Для
одинаковых
значений
безразмерных
параметров
с
ростом выход
ного
диаметра
сопла
частота
генерации
снижается,
поэтому
интересно
сравнить
мощности
и для
излучателей
с
несколько
отличными
парамет
рами
L
и
Н,
но
одинаковой
рабочей
частотой.
Анализ
полученных
резуль
татов
показывает,
что
и
в
этом
случае
с
увеличением
диаметра
сопла
наб
пюдается
рост
мощности,
но
пропорциональный,
в
связи
с
чем
увеличения
К.
п. д.
при
неизменной
частоте
не
наблюдается.
Кроме
того,
к.
п.
д.
из
лучателя
увеличивается
с
приближением
параметров
L
и
Н
к
единице,
поэтому
не
следует
делать
резонаторы
слишком
короткими
и
располагать
их
слишком
близко
к соплу.
93
Таким
образом,
можно
заключить,
что
при
соответствующей
настройке
излучателя
и
увеличении
сечения
выходного
отверстия
сопла
удается,
по
крайней
мере
пропорционально,
увеличить
излучаемую
мощность.
В
некоторых
случаях
рост
мощности
не
пропорционален
увеличению
энергии
струи,
что
приводит
К
повышению
к. п.
д.
излучателя.
Этот
факт
еще
не
имеет
удовлетворительного
объяснения.
Возможно,
что
мы
имеем
резонанс
всей
излучающей
системы,
о
чем
уже
упоминалось
в
гл.
3.
Никем
из
авторов,
сообщавших
о
таких
оптимальных
частотах,
их
физи
ческая
сущность
не
объяснена.
Мы
также
затрудняемся
объяснить
то
об
стоятельство,
что
при
некоторых
настройках
излучателя,
соответствую
щих
определенным
частотам,
мощность
звука
возрастает
в
несколько
раз.
На
рис.
64
показана
зависимость
акустической
мощности
(для
излу
чателя
с
d
c
=
11
ММ,
d
CT
= 6
ММ
и
d
p
= 17,5
ММ)
от
параметров
l
и
h;
видно,
что
максимумы
излучения
соответствуют
двум
значениям
парамет
ра
А
= l + h = 17,5
ММ
и
25
ММ.
Оптимальные
частоты
для
такой
излучаю
щей
системы
равны
6,5
и
4,8
nгц.
§
6.
ПЗ.JIучате.JIЬ
ГСИ-4
Проведенные
нами
исследования
излучателя
при
различных
режимах
работы
ПОЗВОJIИЛИ
найти
оптимальные
значения
параметров
настройки
и
определить
основные
размеры
излучающей
системы.
При
выборе
рабочей
частоты
мы
ориентировались
на
частоты
звукового
диапазона
5-7
nгц,
поэтому
мы
использовали
систему
с
характеристиками
мощности,
показан
ными
на
рис.
64.
Так
как
по
отношению
к
излучаемой
мощности
обе
зоны
максималь
ного
излучения
почти
равноценны
и,
в
отличие
от
излучателей,
описан
ных
в
работе
[32],
ширина
рабочей
зоны
настройки
приблизительно
оди
накова,
то
при
выборе
параметров
l
и
h
мы
исходили
из
следующих
сооб
ражений.
При
работе
в
первой
(от
сопла) зоне
значения
l
и
h
меньше,
чем
при
работе
во
второй,
следовательно,
рабочая
частота
будет
выше
(при
рабочем
давлении
3
аmu
она
лежит
в
районе
6,5
nгц).
В
промышленных
излучателях,
естественно,
стремятся
повышать
частоту
(если
при
этом
нет
противопоказаний
со
стороны
технологического
процесса,
для
ко
торого
предназначен
данный
излучатель),
так
как
при
этом
облегчается
задача
снижения
шума.
Кроме
того,
когда
излучатель
работает
в
первой
зоне,
удается
изме
нить
направление
потока
отработанного
воздуха
так,
что
он
может
быть
почти
полностью
удален
из
рабочей
камеры
[77]
(см.
гл.
6).
Поэтому
дЛЯ
ГСИ-4
выбраны
параметры
настройки,
соответствующие
работе
в
первой
резонансной
области.
Таким
образом,
для
окончательного
варианта
полу
промышленного
излучателя
выбраны
следующие
параметры:
d
c
=
11
ММ,
d
CT
= 6
M~t,
d
p
= 17,5
ММ,
h = 9
мм,
l = 8,5
мм.
Рассмотрим
теперь
хара1\теРИСТИ1\И
направленности.
Здесь
следует
У1\азать,
что
в
зависимости
от
частоты
характеРИСТИ1\а
направленности
излучателя
без
рефле1\тора
может
существенно
изменяться,
однако
для
исследованных
нами
конструкций
мы
НИ1\огда
не
получали
однолепестко
вых
хара1\теРИСТИ1\,
подобных
тем,
которые
наблюдались
Гартманом
[301
и
Буше
[26].
При
настройках,
соответствующих
оптимальному
режиму
работы
ГСИ-4,
его
диаграммы
направленности
(см.,
например,
кривую
4
на
рис.
65)
представляют
нечто
среднее
между
хара1\теРИСТИ1\ами
моно
поля
и
диполя.
При
этом
главный
лепесток
излучения
почти
всегда
наб
людался
по
оси
излучателя,
тогда
1\а1\
генераторы,
исследованные
Гарт
маном,
имели
основной
лепесток,
расположенный
приблизительно
под
углом
900
к
этому
направлению.
Второй
лепеСТО1\
хара1\теристики
направ
ленности
стержневых
излучателей
может
сильно
деформироваться
и
ме
нять
угол
при
изменении
параметров
настройки
.
•
<1,
Большинство
исследований
мы
проводили,
применяя
рефлекторы,
так
как
излучатели
располагались
над
полом
площадки
(З
.м);
отсутствие
рефлектора
приводит
к
некоторым
искажениям
характеристик
вследствие
интерференции
прямых
и
отраженных
волн.
Это
хорошо
заметно
на
кри
вых
4
и
2
рис.
65,
снятых
для
свистка
без
рефлектора,
которые
имеют
ряд
дополнительных
максимумов
на
втором
лепестке.
~-+~~---4--~--~900
I
I
-i
1-----./
'~/
/
Рис.
65.
Характеристики
направленности
стержневого
излучателя
(а
с
=
11
ММ,
а
ст
= 6
ММ),
снятые
на
рас-
стоянии
1
М
1 -
имеется
Сплошной
рефлентор,
резонатор
с
плосним
нраем,
Р
о
=
3,5
атu,
1=7,2
кгц,
ро
=
4,4.103
бар;
2 -
без
рефлентора,
резонатор
с
плосним
нраем,
Ро
=
1,8.103
бар;
а
-
рефлентор
с
пазами
(ГСИ-4),
Р
О
= 4
атu,
1 = 7,6
кгц,
Ро
=
5,8·10·
бар;
4 -
без
рефлентора,
ро
= 1,8·103
бар
Несмотря
на
то,
что
размеры
резонирующей
полости,
как
правило,
в
несколько
раз
меньше
длины
излучаемой
волны,
однако
ее
присутствие
сказывается
на
конфигурации
диаграммы
направленности,
причем
по
следняя
может
меняться
даже
в
зависимости
от
формы
кромки
резонатора.
На
рис.
65
характеристика
2
получена
для
излучателя
с
резонатором,
имеющим
плоскую
кромку
(см
.
.N~
2
на
рис.
26),
а
кривая
4 -
для
резо
натора
.м
5,
имеющего
острый
край.
Режимы
настройки
этих
излучателей
довольно
близки
друг
к
другу,
поэтому
основное
влияние
на
форму
акусти
ческого
поля
здесь,
по-видимому,
оказывает
форма
кромки
резонатора.
Характеристики
1
и
3
соответствуют
работе
указанных
излучателей
в
параболическом
рефлекторе;
первая
снята
для
сплошного
отражателя,
а
вторая
-
для
отражателя
с
пазами,
предназначенными
для
удаления
отработанного
воздуха
(см.
гл.
6,
рис.
76).
Диаграмма
направленности
излучателя
с
рефлектором
без
пазов
хо
рошо
соответствует
теоретическому
распределению
энергии;
для
излуча
теля
ГСИ-4
с
отражателем,
диаметр
выходного
зрачка которого
равен
200
.м.м,
а
фокусное
расстояние
20
.м.м,
полный
угол
расхождения
пучка
составляет
ЗО
О
•
Наличие
в
рефлекторе
отверстий
для
отвода
воздуха
не
сколько
меняет
характеристику.
Так
как
отверстия
составляют
неболь-
9"
шую
долю
общей
поверхности
рефлектора,
а
характеристику
направлен
ности
можно
в
первом
приближении
считать
почти
сферической,
то
доля
энергии,
проходящей
через пазы,
должна
быть
весьма
незначительноЙ.
Теоретически
она не
превышает
5%.
Реальные
потери
несколько
больше,
и
в
зависимости
от
давления
воздуха
и
рабочей
частоты
(угла
вторичного
лепестка)
составляют
от
10
до
12%.
Хотя
эти
потери,
связанные
с
необходимостью
удаления
отработан
ного
воздуха,
невелики
и,
во
всяком
случае,
существенно
меньше
потерь
РсХ-
_
.....
_---
РО
Рис.
66.
Характеристиюr
направленности
излучателя
ГСИ-4
при
Р
О
= 4
аmu
1 -
область
генерации
расположена
в
фОRусе
(F
=
О);
2 -
F=
-1,5
мм;
ро=1,9·10·
бар;
3
-F=;-4,5
мм;
ро=1,9·10·
бар;
4 - F = + 1,5
мм;
ро
= 1,5·103
бар;
5 - F = + 4,5
мм,
ро
=
1,3·10·
бар;
6 - F = + 7,5
мм,
ро
=
1,9·10·
бар
(за
по
ложительное
направление
принято
движение
от
фОRуса
R
вы
ходному
срезу
рефлеRтора)
в
используемых
в
настоящее
время
устройствах
(см.
гл.
6),
уровень
звука
вблизи
работающего
устройства
ввиду
большой
мощности
излучателя
ока-
8ывается
весьма
значительным
(превышает
90 86).
Чтобы
снизить
уровень
шума,
мы
применяли
герметичный
воздухосборник,
надевающийся
на
реф
лектор
в
месте
расположения
выводных
пазов.
При
этом
отработанный
воздух
отводился
из
воздухосборника
по
шлангу.
Так
как при
работе
излучателя
в
выбранном
режиме
и
на
определен
ной
частоте
характеристика
направленности
определяется
в
основном
размерами
и
формой
отражателя,
то
изменять
угол
расхождения
пучка
и
соответственно
площадь
озвучивания
довольно
сложно-это
потребо
вало
бы
применения
рефлекторов
различной формы.
Однако
регулировать
ширину
пучка
можно
весьма
простым
методом
-
перемещая
систему
сопло--резонатор
относительно
фокуса
параболоида.
Как
уже
отмечалось
в
гл.
2,
перемещение
области
генерации
отно
сительно
фокуса
параболоида
незначительно
изменяет
излучаемую
мощ
ность,
но
существенно
деформирует
характеристику
направленности.
Поэтому
увеличение
плотности
энергии
или
увеличение
площади
озвучи
вания
за
счет
уменьшения
средней
интенсивности
звука
может
быть
до
стигнуто
перемещением
излучателя
по
оси
параболического
рефлектора.
На
рис.
66
приведены
нормированные
характеристики
направленности
8.
излучателя
ГСИ-4, снятые
на
расстоянии
1,5
м
от
него;
они
показывают,
как
увеличивается
угол
расхождения
пучка
при
выводе
области
генера
ции
излучателя
из
фокуса
параболического
зеркала.
Как
и
следовало
ожидать,
расширение
пучка
сопровождается
среднего
значения
звукового
~
Н
3
/'1ис
существенным
уменьшением
давления.
На
основании
эксперимен-
210
та
установлено,
что
наилуч-
ший
режим
работы
излуча-
180
теля
ГСИ-4
достигается
при
давлении
воздуха
3,0-
2,5
аmu;
расход
воздуха
при
150
этом
(рис.
67)
колеблется
в
пределах
2,6-2,3
'Нм
3
/ми'Н
(при
излучаемой
мощности
IZO
около
1,3
~вm).
В
оптималь-
v-
1,5
2
/
~
2,5
/
.,.
v
t'
YJ
-
з
3,5
4
Ро,оmu
ном
режиме
работы
макси-
90
мальный
К.П.д.
излучателя
составляет
около
24%.
В
про
мышленных
условиях
вслед
ствие
колебаний
давления
сжатого
воздуха
трудно
рас
считывать
на
такое
значение
К.П.д.,
поэтому
мы
считаем
Рис.
67.
Расход
воздуха
в
излучателе
ГСИ-4
в
зависимости
от
рабочего
давления
более
реальной
цифру
16-18%,
соответствующую
достаточно
широкому
диапазону
изменений
давления
и
установки
расстояНия
l
(в
промышлен
ном
варианте
глубина
резонатора
сделана
постоянной).
§
7.
КОНСТРУКЦИИ
стершневых
ИЗoJlучатеoJlеА
Преимущества
стержневой
конструкции
газоструйного
излучателя
()чевидны.
Поэтому
не
удивительно,
что
зарубежные
фирмы,
разрабаты
вающие
аппаратуру
для
акустической
интенсификации
производственных
процессов,
выпустили ряд
моделей
генератора
именно
этого
типа.
В
частности,
фирмы
Demister
АВ
(Швеция),
Branson Corp., Macrosonic
Corp.
и
Аstrоsщliсs
Inc.
(США)
создали
несколько
типов
стержневых
излучателей,
предназначенных
в
основном
для
распыления
жидкого
топ
лива;
эти
модели
могут
быть
также
использованы
и
для
ускорения
таких
технологических
'процессов,
как,
например,
гашение
пены,
интенсифика
ция
сушки
и
др.
К
сожалению,
опубликованных
материалов
об
этих
разработках
чрез
вычайно
мало
и
мы
не
всегда
можем
привести
сколько-нибудь
полные
дан
ные
о
конструктивных
размерах и
параметрах
оптимальной
настройки
ряда
излучателей.
Однако
сам
факт
использованиЯ
стержневых
генерато
ров
весьма
знаменателен.
Одной
из
первых
заинтересовалась
стержневыми
излучателями
швед
ская
фирма
D emister
АВ,
учитывая
возможность
их
работы
при
низких
давлениях
[40].
При
разработке
промышленного
варианта
был
учтен
опыт
Буше
по
повышению
К.П.д.
свистков
за
счет
увеличения
диаметра
резо
натора
по
сравнению
с
соплом.
На
рис.
68
приведены
некоторые
данные,
характеризующие
работу
такого
генератора.
Основной
режим
работы
свистка:
Р
О
= 1
ати,
/=10
кгц,
акустическая
мощность
60
вт.
Аналогичный
свисток
Буше
типа
V 1
при
той
же
отдаваемой
мощности
требует
приблизительно
втрое
больше
воздуха
при
давлении
5,0
ати.
Таким
образом,
введение
стержня
позво
лило
существенно
повысить
К.П.д.,
который,
судя
по
приведенным
циф-
7
ИСТОЧНИКИ
ультразвука,
рам,
должен
составлять
около
17%.
С
повышением
давления
акустиче
ская
мощность
растет
незначительно:
дляРо
= 3,1 amZl
(частота
11,3
nгц),
Q = 30
м,3fчас
и
W
а
= 80
вт,
в
связи
с
чем
к.п.д.
снижается
приблизи
тельно
вдвое.
При
разработке
излучателей
выяснилось,
что
если
вокруг
сопла
соз
дать
дополнительный
кольцевой
резонатор,
то
удается
повысить
интенсив
ность
излучения.
Схематическое
устройство генератора
со
вторичным
резонатором
приведено
на
рис.
12
(стр.
24).
Излучатель
типа
Sonijet
[55
J,
выпускаемый
фирмой
General
I,tJtf
/80
150
/40
/30
f/,Hftoc
40
30
20
10
,..
~
[\8,9кгц
--
~
1\.9,5
!\1fl,5
1\11,5
--
-----
~
-
rttI2.5Kгt/
~
Precision
Inc.,
по
своей
кон
струкции
очень
напоминает
только·
что
описанные
сви
стки,
с
той
лишь
разницей,
что
вторичный
резонатор
в
нем
выполнен
в
виде
кониче
ской
канавки,
образованной
зазором
между
втулкой
не
глубокого
рефлектора,
наде
вающегося
на
сопло,
и
на
ружной
поверхностью
послед
него.
Некоторые
данные
об
этом
излучателе
приведены
в
табл.
17.
Без
рефлектора
излуча
О
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
.J
Ро,оmи
тель
имеет
почти
сферическую
Рис.
68.
Зависимость
интенсивности
звука
(на
расстоянии
25
СМ)
и
расхода воздуха
от
давле
ния
для
излучателей
фирмы
Demister
АВ
характеристику
направлен
ности;
некоторое
увеличение
интенсивности
излучения
на
блюдается
по
оси
свистка,
тогда
как
при
использовании
параболического
рефлектора
диаметром
200
мм
и
глубиной
140
.М,М
основ
ная
энергия
концентрируется
в
угле
+
450.
Надо
полагать,
что
увеличение
к.п.д.
для
описываемой конструкции
определяется
не
присутствием
рефлектора,
как
это
можно
было
бы
зак
лючить
из
приведенных
в
таблице
данных,
а,
вероятно,
связано
с
образо
ванием
при
установке
рефлектора
вторичного
резонатора.
Таблица
17
Акустические
характеристики
излучателя
типа
Sonijet
Без
реф-
лектора
рефлек-
с
т
аром
Р
о
•
атu
1,54
2,1
2,8
1,54
2,1
2,8
j.
кгц
9,5
10,3
11
,1
9,7
11
,5
11
,8
1
Интенсив-
W
a
•
вт
"1}
, %
насть
по
оси
на
расстоя-
нии
25
см,
дб
69
8,8
140
69
5,9
140
113
6,4
145,5
121
15,41
149
193
16,4
150
183
10,4
146,5
Несколько
конструкций
излучателей,
предназначенных для
распыле
ния
топлива
и
смешения
его
с
окислителем,
предложил
Фортман.
В
од
ной
из
них,
изображенной
на
рис.
69,
а,
центральный
стержень,
оканчи
вающийся
на
срезе
резонатора,
не
используется
для
крепления
резона
тора
(последний
поддерживается
боковыми
стержнями),
а
предназначен
для
подачи
через
него
распыляеМQЙ
жидкости
[41].
98
Когда
нужно
увеличить
расход
жидкости,
а
вязкость
ее
значительна,
удобнее
пользоваться
форсункой
с
распылительной
камерой
(рис.
69,
б)
[36].
Здесь
жидкость
под
давлением
подается
в
цилиндрическую
камеру,
расположенную
снаружи
излучателя,
откуда
вытекает
через
отверстия
на
передней
стенке.
Для
лучшего
распыления
камера
располагается
так
по
отношению
к
срезу
сопла,
чтобы
расстояние
от
области
генерации
до
от
верстий
было
равно
длине
волны
излучаемого
звука.
Медленно
сходящееся
--.~~===-
а
ro,J
JlCиокосmь
Рис.
69.
Акустическая
форсунка'
а
-
с
подачей
топлива
через
центральный
стержень;
.,
--с
подачей
ЖИДRОСТИ
через
наружную
иамеру
сопло
с
углом
конуса
150
и
небольшой
диффузор
на
конце
позволяют
по
лучать
на
срезе
сопла
М
= 1,5.
Такая
форсунка
работает
на
частотах
7-9,5
~гц,
и
давлении
воздуха
1,1-4,2
amи;
расход
воздуха
при
этом
0,4-0,9
1-W~,,3fМUН.
Расход
жидкости
для
получения
тонкого
распыления
(капли
размером
20-40
мn)
составляет
0,22
л/мин,
при
более
грубом
рас
пылении
(300-400
мn)
-
до
7,2
л/мин.
Аналогичное
устройство,
но
с
раздельными
питающими
бачками,
пред
назначено
для
распыления
топлива
и
смешения
его
с
окислителем
[78].
Так
как
зона
горения
в
подобной
форсунке
находится
близко
от
резона
тора,
то
для
его
охлаждения
через
центральный
стержень
непрерывно
подается
вода.
Если
через
отверстие
в
стержне
подводить
инертный
газ,
то
можно
в
достаточно
широких
пределах
регулировать
процесс
горения.
Отличительной
особенностью
излучателя,
разработанного
фирмой
Branson
Согр.
[791,
является
расположение
свистка
в
резонансной
ка
мере,
соединенной
с
коническим
рупором
(рис.
70).
Наличие
такой
камеры,
по
сообщению
фирмы,
позволило
существенно
повысить
к.п.д.
излучателя.
При
рабочем
давлении
Р
О
=
2,1
аmи
и
Q = 0,48
м
3
/мuн
уровень
звукового
давления
по
оси
излучателя
на
расстоянии
25
.м.;J(,
со
ставляет
162
дб.
Очень
существенной
особенностью
излучателя
является
7*
99
наличие
специальных
пазов
в
корпусе
излучателя
для
выброса
отработан
ного
воздуха.
На
этом
вопросе
мы
остановимся
более
подробно
в
следую
щей
главе.
Для
возбуждения
стержневого
излучателя
на
ультразвуковых
часто
тах
необходимо
немного
уменьшить
длину
ячейки
струи,
например
путем
уменьшения
зазора
между
соплом
и
стержнем.
Когда
этот
зазор
состав
ляет
менее
10%
от
диаметра
сопла,
поток
воздуха,
вытекающий
из
кольце
образной
щели,
можно
рассматривать
как
плоско-параллельныЙ.
Такой
вариант
ивлучателя
применительно
к
конструкции
акустической
форсун
ки
был
рассмотрен
в
работах
[81,821,
где
приведена
методика
его
расчета.
Рис.
70.
Излучатель
фирмы
Branson
Задавшись
рабочим
давлением
Р
о,
секундным
(весовым)
расходом
воз
духа
G
и
диаметром
сопла,
можно
по
формуле
(14)
определить
требуемый
диаметр
стержня:
а
-
-.
/
а
2
_ iQ. G V
ТО
СТ
- V
С
11:
Р
О
•
(71)
Так
как
длина
первой ячейки
при
плоской
струе
может
быть
выражена
через
угол
Маха
~
= arcsin
~
и
угол
отклонения
струи
е
по
формуле
2 (d
c
-
d
CT
)
~o
=
-t-g-(-~-e=-)--'-tg-:e;:-
,
(72)
то
расчет
величины
~o
сводится
к
определению
углов
~
и
е
по
газо
динамическим
таблицам
или
по
специальным
графикам
[82J.
Величины
l, h
и
d
p
определяются
по
рекомендациям
Гартмана
или
других
ис
следователей.
Совместная
работа
Акустического
института
АН
СССР
и
Научно-ис
следовательского
технологического
института
по
исследованию
и
разра
ботке
газоструйных
излучателей
привела
к
созданию
нескольких
вариан
тов
стержневых
свистков
(ГСИ-2,
ГСИ-З
и
ГСИ-4).
Так
как
основные
па
раметры
их
настройки
мало
отличаются
друг
от
друга
и
в
основном
осве
щены
в
предыдущих
параграфах,
а
конструктивно
они
отличаются
лишь
методом
выброса
отработанного
воздуха,
то
более
подробно
мы
их
рас
смотрим
в гл.
6,
посвященной
методам
разделения
акустической
энер
гии
от
сопутствующего
воздушного
потока.
100