蒸汽水下喷注噪声的试验研究

    利用蒸汽加热给水的直接接触式加热方式由于具有其它换热方式所不能比拟的优点而应用于生活及生产的许多方面，如企业、宾馆、饭店等需要集中供热的场所及除氧器、给水加热器、蓄热器等动力设备中．然而，蒸汽水下喷注加热液体的过程中会产生振动及噪声，损害设备，造成环境污染，如对于除氧器水箱内的再沸腾装置，蒸汽喷射进入水空间时会产生振动及噪声，引起除氧器振动，对除氧器安全运行造成影响．因此，研究蒸汽水下喷注噪声的产生机理，利用噪声的变化规律控制噪声对减轻噪声带来的危害是有意义的．

    喷注噪声的研究源于２０世纪５０年代，Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ首先用声学类比的方法推导出了著名的Ｖ８定律［１］，该定律成为研究及预测湍流喷注噪声的重要基础．之后各国学者在广泛的范围内，从低压到高压阻塞喷注、从亚音速到超音速、从以冷空气为喷注媒质到任何气体在不同温度下的喷注，对在空气中的气体喷注噪声的机理进行了大量研究，基本掌握了气体喷注噪声的辐射规律［２］，在小孔喷注噪声、高压阻塞喷注的湍流噪声、脉动喷注噪声与稳态喷注噪声的关系等问题上［３－５］进行了研究，并根据研究成果开发出了小孔消声器．９０年代中期，马宪国等人［６－８］对蒸汽水下喷注噪声进行了试验研究，定性地分析了影响蒸汽水下喷注噪声的影响因素，其试验结果为喷注噪声的进一步研究奠定了基础．浙江大学化工机械研究所的郝宗瑞等［９］通过试验测试对水下排气形成的两相流态和排气噪声特性进行了研究，发现随着排气速率的增大，排气形成的两相流场由气泡流态过渡到射流流态，射流状态下的流动噪声高于气泡流态下的噪声．

    然而，到目前为止，对蒸汽水下喷注噪声所作的研究并不多，已有的试验由于蒸汽流量范围不大（最大为９ｋｇ／ｈ［８］）等原因，试验结果有局限性，不能普遍运用，因此有必要对其作进一步研究．

    １　噪声源分析

    从包含质量源、力源项的区域的流体力学的连续性方程和动量方程出发，通过声学假设及某些运算后，可得到一个独立的微分方程［１０］，即广义的Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ方程式，它的左边是一个波动方程的形式，右边则是能解释为声源的项．

   式中，ｐ为声压，Ｐａ；０为液体中的声速，ｍ／ｓ；ｑ为液体中单位体积内质量的脉动速率，ｋｇ／ｍ３；ｆ为作用在单位体积流体上的脉动外力，Ｎ；τｊ为流体应力张量，Ｎ／ｍ．