不同容器中三维涡流场的声散射现象分析

论文摘要

声处理在液体中的应用有近百年的历史,但是大规模的应用仍比较少,因为大规模的声化学反应器效率较低,这是由于声空化活性主要集中在换能器附近以及声化学反应器内驻波的形成。当自由行进的平面波遇到一个旋转的涡流场时,涡流场会对声波产生散射,此时在空间除了原来的平面波外,还有涡四周散射的散射波,这两种声波会叠加形成总的声场,从而减少反应器内的驻波。本文通过COMSOL多物理场耦合分析软件来模拟不同容器中三维涡流场对声波的散射现象,并对其散射声场进行分析,得到如下结论:1.当背景流场为三维Oseen涡流场时,反应器的形状对散射声场有明显影响,不同反应器内的散射声场不同,而且同一容器内不同位置处的散射情况也不尽相同,距离涡心较近处散射声压较大,指向性较强,距离涡心较远处散射声压较小,指向性较弱。2.当背景流场为三维Oseen涡流场时,不同时刻各反应器内的散射声场也完全不同。圆柱形容器中散射声场受时间影响较小,且主要集中在容器的上半部分;圆锥形容器次之,且对整个容器内部散射声场皆有影响,使之更加均匀混乱,只是容器上半部分的散射声压还是大于下半部分;球形容器中,随着时间的推进,散射声场的变化最大,由最初的容器下半部分基本没有散射到最终的容器内部散射声场均匀分布。3.当背景流场为三维Oseen涡流场时,马赫数也对反应器内的散射声场有较大影响,在涡心截面内,随着马赫数的增大散射声压明显增强,且指向性也明显增强。在远离涡心的区域,随着马赫数的增大,散射声压也逐渐增大,不同的是,在远离涡心的区域内,随着马赫数的增大,指向性逐渐减弱,出现多个散射峰值,声场更为复杂。4.当背景流场为三维龙卷风漏斗涡流场时,与三维Oseen涡流场一样龙卷风漏斗涡流场对声波的散射依然与容器形状息息相关,且离中心轴处越远,散射声场越复杂,但不同的是在龙卷风漏斗涡流场里,离中心轴越远,散射声压值越大。5.当背景流场为三维龙卷风漏斗涡流场时,随着时间的推进,反应器内的散射声场分布越来越复杂,越来越均匀。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本文的主要研究
• 第2章 基本理论
•   2.1 声扰动方程
•   2.2 涡流场
•     2.2.1 点涡
•     2.2.2 兰金涡
•     2.2.3 Oseen涡
•     2.2.4 龙卷风漏斗涡
•   2.3 本章小结
• 第3章 方法简介
•   3.1 Comsol软件介绍
•   3.2 对流波动方程
•   3.3 边界条件
•     3.3.1 软边界和硬边界
•     3.3.2 完美匹配层
•   3.4 数值计算的模型及网格
•     3.4.1 计算模型
•     3.4.2 模型网格
•   3.5 本章小结
• 第4章 有效性验证
•   4.1 物理模型
•   4.2 模拟结果
•   4.3 本章小结
• 第5章 三维Oseen涡流场中的声散射现象
•   5.1 不同容器对散射声场的影响
•   5.2 不同时刻散射声场分析
•     5.2.1 圆柱
•     5.2.2 圆锥
•     5.2.3 球形
•   5.3 不同马赫数对散射声场的影响
•   5.4 本章小结
• 第6章 三维龙卷风涡流场中的声散射现象
•   6.1 不同容器容器中的散射声场
•   6.2 不同时刻散射声场分析
•   6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
•   7.1 工作总结
•   7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨桃桃

导师: 沈壮志,凤飞龙

关键词: 声化学反应器,三维涡流场,声散射

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 陕西师范大学

分类号: O42

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.001101

总页数: 68

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