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陕西水利 2024年第4期 158-160,167页

作者：姜涛郭维东辽宁润中供水有限责任公司辽宁沈阳110003 沈阳农业大学水利学院辽宁沈阳110866

以连续下落的三个水滴为研究对象,以不同时间间隔、高度、水滴粒径为变量,对水滴入水形态及噪声展开研究。研究得到下落时间间隔T=0.2 s时,会出现“压入气泡”现象;在T=0.2 s与T=0.4 s时,水噪声与单位面积动量呈同步正向关系,T=0.3 s时... 详细信息

以连续下落的三个水滴为研究对象,以不同时间间隔、高度、水滴粒径为变量,对水滴入水形态及噪声展开研究。研究得到下落时间间隔T=0.2 s时,会出现“压入气泡”现象;在T=0.2 s与T=0.4 s时,水噪声与单位面积动量呈同步正向关系,T=0.3 s时,水噪声先增加,在单位面积动量至16.2 kg/(m^(2)·s)时,减小至一半左右;连续下落水滴入水噪声分为“压入气泡噪声”与“水气迸发噪声”,前者时域图为正弦波,频率较低,能量较大,后者呈现无规则扩散状,频率较高,声压值为前者一半。

关键词：连续下落水滴入水形态水噪声单位面积动量

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连续下落水滴的水噪声试验研究

连续下落水滴的水噪声试验研究

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作者：姜涛沈阳农业大学

学位级别：硕士

对于火力发电厂冷却塔和水库溢洪道及闸坝建筑物等水利工程,当水滴或水流跌落入水时,会产生水噪声,对周围居民的生活产生了一定的影响,所以对于水噪声问题的研究日显重要。对于水噪声问题的研究,最根本的是从声源处入手。本课题组的水... 详细信息

对于火力发电厂冷却塔和水库溢洪道及闸坝建筑物等水利工程,当水滴或水流跌落入水时,会产生水噪声,对周围居民的生活产生了一定的影响,所以对于水噪声问题的研究日显重要。对于水噪声问题的研究,最根本的是从声源处入手。本课题组的水噪声研究逐渐从建筑物水流的表观要素,诸如建筑物形态尺寸、水流流量及位能等要素的噪声影响及效应分析,向考虑入射水滴及受纳水体的流场结构的精细刻画、流动中的本构关系描述而转变。自然届中的水流下落过程是一个比较复杂的两相流的问题,前人为研究水噪声内在机理将其简化为单个水滴入水的问题进行研究,若从单水滴入水拓展到单束水流入水的内在机理研究,必须分析下落水滴间的入水相互作用。本文对固定时间间隔连续下落的水滴入水噪声问题展开研究,以水滴下落高度、水滴粒径、相邻水滴下落的时间间隔和受纳水体温度几个因素为自变量,通过OLYMPUS高速相机对连续下落的水滴入水的运动过程及水面紊动进行拍摄采集,应用CAD对图像中水滴的速度、粒径等水滴特征值进行量取计算,引入单位面积动量,得到了空腔体积、压入气泡横截面积与自变量之间的定量关系,对射流、水翅状态进行分类分析。通过Zonic Book/618噪声仪对各工况下水噪声进行采集,包括时域信号和频域信号,对不同工况下最大声压值与单位面积动量进行拟合,结合图像对气泡压入噪声与水气迸发噪声的特性进行差异分析,同时分析时间间隔和温度对水噪声频率分布的影响。对高处水滴下落的水噪声补充研究,根据入水状态将其产生的水噪声分类,得到噪声值与下落高度之间的关系,对各工况之间噪声比尺与高度比尺进行分析拟合,最终得出连续水滴下落水噪声规律在原型中的应用范围。具体研究结论如下:连续水滴入水方面:(1)单位面积动量和下落时间间隔决定了水滴的入水形态尺寸和种类的大小,温度主要影响入水形态的尺寸大小,对入水形态种类的影响较小。(2)将空腔形态分为“完整空腔”和“破碎空腔”,第一滴水滴均为“完整空腔”,低动量时,间隔为0.2s和0.3s的第二滴水滴均不产生空腔,第三滴依据水面紊动程度决定空腔类型,大动量时,两种时间间隔的后两滴水滴均为“破碎空腔”,且第二滴尺寸比其他工况的小一半左右,时间间隔0.4s时,均为“完整空腔”。单位面积动量的增加,空腔体积增加,增加速率随着单位面积动量的增加而减少。温度升高时,第一滴空腔体积增大最明显。(3)将“水翅”分为“皇冠水翅”、“破碎水翅”和“闭合水翅”,低动量时,“完整空腔”所对应的水翅都为“皇冠水翅”,大动量为“闭合水翅”,“破碎水翅”与破碎空腔形态相对应。射流分为“细长射流”、“短粗射流”和“内射流”。大部分完整空腔会产生“细长射流”,大部分破碎空腔产生“短粗射流”,闭合空腔时会产生“内射流”。(4)压入气泡横截面积与单位面积动量呈正相关,随着温度的升高,压入气泡横截面积也增加,但是增长幅度很小。(5)时间间隔0.2s、0.4s水噪声最大声压值与单位面积动量成正相关,时间间隔为0.3s的工况先增加然后在单位面积到16.17kg·m·s以后,水噪声声压值发生突降。温度对于水噪声声压值的变化并不明显。气泡压入噪声时域图正弦波形图,水气迸发噪声波形为扩散辐射状,前者峰值是后者的2倍多,前者声压波形持续时间是后者的20倍左右。前者随着烧杯中水体温度的升高,水噪声主频减小,后者其频率主频不变。高处下落水滴入水方面:水滴的下落速度在下落高度为14m左右保持稳定,高度比尺在14时,噪声比尺也保持不变,二者都呈现幂函数的增加趋势。连续下落水滴在原型中应用的范围为0.9m-12.6m,同时可以粗略计算0.9m-12.6m之间的的连续水滴下落的水噪声。

关键词：连续下落水滴压入气泡单位面积动量水噪声频谱分析

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