傳統(tǒng)的聲化學反應器中容易產(chǎn)生駐波聲場,不利于提高處理的效率。常用來消除聲化學反應器中駐波聲場的方法多是從聲波的輻射方式上來改變反應器中的聲場分布,但多應用于小型聲化學反應器。或者增加換能器的方法來提高處理效果,造成了一定的資源浪費。本文采用交錯網(wǎng)格的時域有限差分法結合吸收邊界求解聲擾動方程,模擬聲波在單個渦流場以及多個渦流場中的傳播特性,從而用來改善聲化學反應器中的聲場分布,消除駐波聲場。研究表明:(1)聲波通過渦流場后的偏轉方向與渦流場中的渦旋方向有關,當渦旋沿順時針方向旋轉時,聲波在渦旋的作用下向下偏轉;當渦旋沿逆時針方向旋轉時,聲波向上偏轉。而且聲波的偏轉角度隨著馬赫數(shù)是增加而增大,最后被散射到各個方向上。(2)當背景渦流場為反向旋轉渦對流場時,渦流場對聲波的作用隨著入射角度的變化而變化。當兩個渦旋相對于入射聲波來說水平排列時,反向旋轉渦對流場對聲波的散射作用最小;當兩個渦旋相對于入射聲波來說豎直排列時,反向渦對流場對聲波的散射作用最大,在入射聲波方向指向性更明顯。而且當上方的渦旋沿逆時針方向旋轉而下方的渦旋沿順時針方向旋轉時,兩個渦旋之間的聲壓會減小,兩個渦旋的上下部分聲壓會增加;當上方的渦旋沿順時針方向旋轉而下方的渦旋沿逆時針方向,兩個渦旋之間的聲壓相互疊加而增大,聲壓幅值也增加。(3)當背景渦流場為同向旋轉渦對流場時,渦流場對不同入射角度聲波的散射作用基本相同,不過和反向旋轉渦對相比,散射作用更強。而且同向旋轉渦對流場對聲波的散射作用隨著兩個渦旋之間距離的增大而逐漸減小。因此,我們可以通過增加聲化學反向器中的渦旋數(shù)量,使渦旋沿同一方向旋轉并垂直于入射波方向排列。從而將聲波散射到各個方向上,來消除駐波聲場。
【學位單位】：陜西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB51
【部分圖文】：

第２章聲擾動方程逡逑本文中采用時域有限差分對聲擾動方程進行求解計算。在空間上我們采用交逡逑錯網(wǎng)格的形式對聲擾動方程進行離散，如圖２－１所示：逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐？邋Ｉ逡逑ｚ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐邐逡逑ｉ邐ｉ邐ｉ邐Ｉ邐ｉ邐＾邐ｕ逡逑．ｉｉｉｉｉ逡逑＿＿邋ｉ邐▲邐ｉ邐１邐ｉ＿＿逡逑ｙ＋＿邋＿＿了＿＿＿＿年＿＿＿＿「＿＿＿蘋＿＿＿丁—逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐ｖ逡逑．邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｗ邐ｎ逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐＾逡逑ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐邐逡逑ｙ邋－十一邐▲邐１邋—逡逑ｚ邐！邐！邐！邐！邐！逡逑．１邐．＾１邐．邋３逡逑，飛邐／邋＋邋ｉ邐ｉ邋＋邋１邋ｌ邋＋邋２逡逑圖２－１空間交錯有限差分網(wǎng)格逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｐａｔｉａｌｌｙ邋ｓｔａｇｇｅｒｅｄ邋ｆｉｎｉｔｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｇｒｉｄ逡逑圖中黑色三角代表聲粒子速度；ｃ方向上的分量紅的三角代表聲粒子速度逡逑方向上的速度Ｖ，藍色圓形代表聲壓／？。它們的位置由／，＿／，：‘＋１／２，＿／邋＋邋１／２等逡逑進行編號處理。式中的系數(shù)／ｒ，６可以儲存在聲ｐ壓節(jié)點處，流體速度％邋，邋％可逡逑以分別儲存在聲粒子速度Ｗ，ｖ節(jié)點處。逡逑采用空間交錯網(wǎng)格的優(yōu)勢之一是可以非常方便的得到控制方程中許多偏導的逡逑中心差分格式。比如，聲壓Ｐ的空間導數(shù)是以：ｃ邋＝邋ｚ＿，ｙ邋＝邋為中心做差分近似，逡逑所以公式（２－５）中的偏導可以表示為以下差分格式：逡逑ｄｕ（ｉ

其他參數(shù)密度聲速0。＝３４０咐＂。首先模擬馬赫數(shù)Ｍ邋＝邋０的高斯脈沖逡逑的傳播。逡逑圖３－２為高斯脈沖在馬赫數(shù)Ｍ邋＝邋０的均勻流中傳播的波形圖。圖ａ表示時間步逡逑為４０時的高斯脈沖壓強圖。圖６表示時間步為４０時，高斯脈沖在ｘ軸上的聲壓逡逑值，其中藍色實線表示數(shù)值模擬的聲壓值，而紅色三角表示解析解，從圖中可以逡逑看出模擬聲壓值與解析解基本重合。圖ｃ表示時間步為１５０時的高斯脈沖壓強圖。逡逑圖Ｊ表示時間步為１５０時，高斯脈沖在ｘ軸上的聲壓值，同樣藍色實線表示數(shù)值逡逑２２逡逑

圖３－２不同時間下的高斯脈沖壓強逡逑Ｆｉｇ．３－２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｐｕｌｓａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｇａｕｓｓｉａｎ邋ｐｕｌｓｅ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｉｍｅｓ逡逑圖３－３為不同馬赫數(shù)均勻流場中的高斯脈沖傳播圖。圖ａ表示馬赫數(shù)Ｍ邋＝邋０，逡逑時間步為２００時的脈沖圖，圖中脈沖中心在原點處。圖６表示馬赫數(shù)Ｍ邋＝邋０．２，時逡逑間步為２００時的脈沖圖，此時圖中的脈沖中心己不再原點處，而是在均勻流的作逡逑用下向右移動。圖ｃ表７Ｋ馬赫數(shù)Ａｆ＝０．４，時間步同樣為２００時的局斯脈沖圖。因逡逑為馬赫數(shù)的增大，圖中的高斯脈沖在相同的時間下向右移動的距離也隨之增加，逡逑己經(jīng)接近右側的邊界處。圖ｃ／表示馬赫數(shù)Ｍ邋＝邋０．６，時間步為２００時的高斯脈沖圖。逡逑隨著馬赫數(shù)的進一步增大，圖中的高斯脈沖向右移動的距離也隨之增加，已經(jīng)到逡逑達右側的邊界處。模擬二維高斯脈沖在均勻流場中傳播也為后面模擬聲波在非均逡逑勻流場中的傳播提供了依據(jù)。逡逑２３逡逑

【參考文獻】

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1 李曉東;江e

本文編號：2832118