超聲波聲場(chǎng)模擬及除垢實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、換熱器是暖通空調(diào)、熱能工程、化工等領(lǐng)域的主要換熱設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行中普遍存在結(jié)垢現(xiàn)象，從而導(dǎo)致其傳熱效果下降，并影響設(shè)備安全。目前，常規(guī)除垢方法存在維護(hù)成本高、產(chǎn)生化學(xué)廢液等問(wèn)題，難以滿足生產(chǎn)工藝需求，超聲波除垢技術(shù)以其綠色環(huán)保、成本低廉、效果明顯等優(yōu)點(diǎn)得到推廣。但是在工程應(yīng)用中，由于超聲波參數(shù)匹配及換能器布置不合理會(huì)造成除垢效率下降，以及換熱器部分區(qū)域無(wú)除垢效果。因此，深入研究超聲波除垢效率和范圍是非常必要的。
　　據(jù)有關(guān)學(xué)者

2、研究，超聲波的指向性決定了除垢范圍，而聲強(qiáng)則對(duì)除垢效率有一定影響。本文在點(diǎn)聲源指向性函數(shù)基礎(chǔ)上，建立了非點(diǎn)聲源的指向性函數(shù)和聲強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型，并利用MATLAB軟件模擬計(jì)算了在不同頻率、換能器半徑參數(shù)下超聲波指向性函數(shù)分布情況，以及超聲波聲強(qiáng)與換能器半徑、超聲波頻率、輻射角度之間的關(guān)系。根據(jù)模擬計(jì)算，得出以下結(jié)論:
　　(1)超聲波頻率為28kHz時(shí)，換能器半徑越大，指向性函數(shù)分布范圍越小，聲場(chǎng)逐漸向換能器垂直方向聚集，當(dāng)換能器半徑

3、為50mm時(shí)，超聲波指向性范圍集中在換能器中心區(qū)域。
　　(2)換能器半徑為30mm時(shí)，頻率越大，指向性函數(shù)范圍越小，頻率為60kHz時(shí)，超聲波指向性范圍達(dá)到最小。
　　(3)超聲波聲強(qiáng)與功率的平方根成正比，與傳播距離的二次方成反比，功率越大，聲強(qiáng)越大;傳播距離越遠(yuǎn)，聲強(qiáng)越小。
　　(4)超聲波頻率為40kHz時(shí)，隨著換能器半徑增大，換能器垂直方向處的聲強(qiáng)值逐漸增大，其它輻射角度處的聲強(qiáng)值較小，當(dāng)半徑為50mm時(shí)，聲強(qiáng)

4、在換能器垂直方向處達(dá)到最大。
　　本文在理論研究的基礎(chǔ)上，還進(jìn)行了超聲波除垢實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論:
　　(1)頻率為20 kHz時(shí)，除垢范圍最大，隨著頻率的增大，除垢范圍逐漸縮小，集中在換能器圓心的垂直方向附近，換能器半徑對(duì)除垢范圍的影響規(guī)律與頻率類似。除垢范圍受頻率和換能器半徑的影響規(guī)律與指向性函數(shù)模擬圖形吻合。
　　(2)換能器中心處，除垢效率最大，隨著角度向兩邊擴(kuò)散，除垢效率逐漸減小;當(dāng)頻率為20kH