Hartmann发声器的工业应用

    1 Hartmann发声器的设计理论

    工作状态 发声器存在着3种不同的工作状态—谐振态、准谐振态和非谐振态.其中,谐振态下的声波波形重复性好,频率稳定,幅值较大,为稳定的正弦波;准谐振态下的正弦波形稍差,频率和振幅存在着一定的波动性;非谐振态下的波形最,为无规律的杂波,波幅最小.显然,谐振态和准谐振态是可利用的工作状态,而非谐振态则是应该避免的〔1〕.

    频率特性 Hartmann研究发现,当喷嘴的射流频率与谐振腔发生共振时,会产生频率等于谐振腔本征频率的超声,即谐振腔和喷嘴的尺寸决定声波频率,并由实验得到了频率的经验公式

    式中K为空气中声波波长,l为空腔深度,d为空腔直径.

    一般谐振腔深和腔直径的比例在1︰2和2︰1之间的范围内都能有效地加以利用.由于声在各种气体中的传播速度不同,所以可以得到不同的频率.例如用氢气代替空气作射流气体,可得到相当于用空气4倍的频率.

    设计要点 腔唇的形状极其关键,不应该完全削尖,太尖的边缘会产生巨大的无规噪声.一个在0.000 5~0.001 5时的方形边缘,足以将无规噪声减到最小,但角必须尖锐.喷嘴和腔都应该用硬钢制造.其次,腔直径对嘴直径的相对比例也相当重要,最大声强一般在比例为1.27时获得.

    Hartmann发声器的改良体 L.E.Savory曾进一步改进Hartmann发声器的效率和稳定度,发现如在管嘴和腔之间放置两片板在气流的两侧,用同样的气流和腔深,声强会增加.用一圆筒代替平板,当放在正确位置上时,声强能得到比较大的提升,频率略有减小,但却较大地降低了声压的稳定度.在谐振腔和喷嘴之间放置一个实心棒,在较低的流压下就可以激发带中心杆的发声器,获得高声压级的声波,即可增强谐振腔的反馈能力,提高声能转换系数[2].

    2 Hartmann发声器的工业应用

    2.1 超声雾化

    超声雾化就是应用Hartmann发声器产生超声波,超声波把水化为浓密的、直径只有1~50Lm的雾滴.Hartmann型超声发生器进行雾化的装置如图1所示.由于Hartmann发声器的乳化效率是随着频率的增高而减小的,因此,一般工作在较低的超声频率上.为了避免噪音,工作频率在可听声之上.恰当的喷嘴设计可以对很多液体进行雾化,雾滴的直径从1毫米到数百毫米,液体流过率可达15 kg/s,雾滴大小是流速速率、压力、喷嘴和共振腔位置的函数.超声雾化除尘是20世纪80年代发展起来的新技术,主要是用超声波将水雾化后,雾滴在局部密闭的产尘点内捕获、凝聚微细粉尘,尤其对微细的呼吸性粉尘有非常高的效率.应用中比一般除尘系统节省30%~50%的投资,安装时间可减少70%,抑尘技术可节省50%的能耗,大幅度降低除尘运营成本[3].