超声测沙仪研究

　　1引言

　　黄河下游平均含沙量为35公斤/每立方米。黄河含沙量有下列3个特点:(1)细泥沙含量多，d<0.Olmm的泥沙一般)30%，d<0.O25mm则占50%稍强;(2)中、粗泥沙含量接近，d刁.025~0.Osmm和d=0.05一0‘Inun的泥沙各占20%一25%;(3)含沙量越高泥沙越粗，泥沙中径与含沙量呈线性关系。黄河干流悬移质泥沙，河龙区间干流多年平均中数粒径在0.024一0.028之间，干流其他河段泥沙多年平均中数粒径在0.017一0.022之间。

　　2超声波在黄河中的传播特性

　　黄河水中含有大量泥沙是泥沙固体颗粒分散在液体中形成的混合物，称悬浮液。悬浮液是由液体连续相和固体分散相组成的两相混合物，声波在悬浮液的声速和声衰减系数不但取决于组成各相自身的性质和含量，而且受到液体一固体界面粘滞摩擦、粒子散射等相间相互作用的影响，而这些相互作用又与液体粘度、界面活性、颗粒大小与形状和声波频率密切相关。在低浓度时，相互作用仅限于固液两相之间;而对于高浓度悬浮液，由于液相被显著增稠和颗粒相距过近，相互作用将明显复杂化。

　　2.1悬浮液的密度

　　对于二元悬浮液，若液相密度为pl，体积分数为u，，固相密度为pZ，体积分数为如，则悬浮液的密度为

　　2.2悬浮液的声衰减

　　声衰减分为三种主要类型:吸收衰减、散射衰减和扩散衰减。前两类衰减取决于媒质的特性(严格说来，悬浮液的衰减系数中包括了各个成分的贡献和相互间相互作用的贡献，后者也称为逾量衰减。在由水和无机非金属微粒组成的悬浮液中，后者远大于前者)，而后一类衰减则由声源特性而引起。

　　吸收衰减和散射衰减都遵从指数衰减规律。对于沿x方向传播的平面波而言，由于不需要升及扩散衰减，则声压随传播距离x的变化，由下式表示:

　　式中，一衰减系数;J一一传播距离。

　　总的衰减系数a等于吸收衰减系数av和散射衰减系数as之和。

　　(1)吸收衰减

　　超声波在媒质中传播时，如果一部分声能不可逆转地转换成媒质的其他形式的能量，对超声波来说就是有一部分能量被吸收了。声吸收的机制是比较复杂的，它涉及媒质的粘滞性、热传导及各种弛豫过程。根据现有研究结果，声吸收系数较为普遍的表达式

　　式中:刀—媒质的切变粘滞系数;寿一-导热系数;c一定容比热;嵘一一一定压比热;刃，”—第1种弛豫过程所引起的低频容变粘滞系数;T一第1’种弛豫过程的弛豫时间。

　　(2)散射衰减

　　声波在一种媒质中传播时，因碰到由另外一种媒质组成的障碍物而向不同方向产生散射，从而导致声波减弱的现象，统称为散射衰减。散射衰减问题很复杂，它既与媒质的性质、状况有关，又与障碍物的性质，形状、尺寸及数目有关(散射衰减，在粒径远小于波长时为瑞利散射，在粒径较大时为广义散射，其值随频率升高和粒径增大而单调升高)。这里主要从宏观上估算因媒质中许多微小散射体的存在，引起声波减弱的效果。当这些微小散射体的尺寸远小于声波波长时，我们可近似地把它们当作半径为a的小球，其声强的散射系数为: