Газодинамический генератор звуковых колебаний

Газодинамический генератор звуковых колебаний относится к области приборостроения, а именно к акустическим устройствам, предназначенным для создания волн высокой интенсивности.

Сущность полезной модели: газодинамический генератор звуковых колебаний снабжен акустическим датчиком, электровентилятором с частотным регулятором числа оборотов и сменными цилиндрами разных диаметров, играющих роль клина.

Предлагаемая полезная модель позволяет эффективно генерировать звуковые колебания высокой интенсивности в широком частотном диапазоне. Частота срыва вихрей, образующихся при обтекании воздушной струи цилиндра, ось которого расположена перпендикулярно оси струи, определяется по формуле

где f- частота срыва вихрей;

W- скорость воздушного потока;

d- диаметр цилиндра;

k- эмпирический коэффициент.

Из данной зависимости видно, что на частоту срыва вихрей влияет скорость воздушного потока и диаметр цилиндра. При совпадении частоты срыва вихрей с основной гармоникой резонансной камеры генерируются интенсивные звуковые колебания. В предлагаемом генераторе варьировать частотой срыва вихрей можно изменением частоты вращения электровентилятора или изменением диаметра цилиндра. Наилучшие условия для генерации акустического сигнала низшей моды создаются настройкой резонансной камеры путем перемещения поршня и анализа акустического сигнала, записываемого датчиком.

Полезная модель относится к области приборостроении, а именно к акустическим устройствам, предназначенным для создания звуковых волн высокой интенсивности.

Известен акустический излучатель, сконструированый на основе свистка Гартмана[Патент ФРГ, кл. 24, 1/01, №1189292, 1966 г.], содержащий сопло, резонаторный контур. Вытекающий из сопла сверхзвуковой поток воздуха, ударяет в полость резонатора, и в результате взаимодействия струи и резонатора возникают акустические колебания. Существенным недостатком этого устройства является то, что данный излучатель работает на скорости воздушного потока с числом Маха, близким к М>1, что влечет к большим затратам энергии. Также резонаторный контур сконструирован так, что не дает возможности регулирования изменения резонансной частоты, возникающей в нем. Недостатком устройства является также то, что диапазон создаваемой частоты ограничен скоростью подаваемого воздуха.

Наиболее близким, принятым за прототип, является газоструйный излучатель [Авторское свидетельство СССР №774470, G 10 K 5/00, 05. 02. 80, Бюл. №5], включающий щелевое сопло, резонансные камеры с выходными патрубками и поршнями, клин, согласующие рупора. К существенному недостатку этого устройства следует отнести необходимость обеспечения скорости воздушного потока с числом Маха, близким к М>1, что требует больших затрат энергии. Кроме того, данное устройство имеет ограниченный диапазон варьирования низшей моды акустического сигнала, напрямую связанного с геометрическими размерами резонансных камер, углом конусности клина и скоростью воздушной струи. Недостатком устройства является также отсутствие регистрирующей системы, необходимой для более точной настройки излучателя, снижающее, в конечном итоге, эффективность его работы.

Цель изобретения - создание высокоэффективного газодинамического излучателя с низкой частотой пульсации и высокой амплитудой пульсации давления, а также с высоким диапазоном варьирования низшей моды акустического сигнала.

Предложена полезная модель, включающая в себя сопло, резонансную камеру, поршень, имеющий возможность перемещаться вдоль резонансной камеры, клин, отличающийся тем, что полезная модель снабжена акустическим датчиком, электровентилятором с частотным регулятором числа оборотов и

сменными цилиндрами разных диаметров, играющими роль клина.

Предлагаемая полезная модель позволяет эффективно генерировать звуковые колебания высокой интенсивности в широком частотном диапазоне. Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве между соплом и резонаторным контуром устанавливается плохообтекаемое тело, в данном случае цилиндр. Газ из сопла натекает на цилиндр со скоростью, зависящей от числа Re. В интервале Re=2·10 ⁴-2·10⁵ отрывающийся от цилиндра пограничный слой турбулизируется в кормовой части цилиндра, образуя так называемую «дорожку Кармана». Частота срыва вихрей, образующихся при обтекании воздушной струи цилиндра, ось которого расположена перпендикулярно оси струи, определяется по формуле:

где f- частота срыва вихрей;

W- скорость воздушного потока;

d- диаметр цилиндра;

k- эмпирический коэффициент.

Из данной зависимости видно, что на частоту срыва вихрей влияет скорость воздушного потока и диаметр цилиндра. При совпадении частоты срыва вихрей с основной гармоникой резонаторного контура генерируются интенсивные звуковые колебания. Варьировать частотой срыва вихрей в предлагаемом устройстве можно изменением частоты вращения электровентилятора или диаметра цилиндра. Наилучшие условия для генерации акустического сигнала низшей моды создаются настройкой резонансной камеры путем перемещения поршня и анализа акустического сигнала, поступающего с датчика.

Описываемая полезная модель поясняется схемой, приведенной на фигуре. Она включает в себя поршень 1, акустический датчик 2, резонансную камеру 3, цилиндр 4, воздушное сопло 5, электровентилятор 6, частотный регулятор 7.

Устройство работает следующим образом. По формуле (1) рассчитывается требуемая частота звуковых колебаний. При заданном диаметре цилиндра 4 вычисляется необходимое значение скорости воздушного потока. Регулятором частоты 7 электровентилятор 6 настраивается на требуемый расход нагнетаемого воздуха. Расходные характеристики электровентилятора 6 заранее тарируются. Излучающая акустическую энергию камера 3 в режим резонанса настраивается перемещением поршня 1. Оптимальное местоположение поршня определяется по показанию осциллограммы, получаемой при обработке акустического сигнала. Для регистрации акустического сигнала в камере предусмотрен специальный датчик 2. Наибольшая амплитуда на осциллограмме соответствует оптимальному местоположению поршня в камере.

Пример конкретного выполнения

Устройство используется для интенсификации процесса горения в установке, предназначенной для сжигания твердых отходов. На фигуре 2 схематично изображена установка, состоящая из реактора 1, дымовой трубы 2, колосников 3, зольника 4, люка для загрузки отходов 5, жалюзей 6, электровентилятора с частотным регулятором 7, воздуховода 8, цилиндра (плохообтекаемого тела) 9, резонансной камеры 10, поршня 11, датчика 12.

Устройство работает следующим образом. Сжигаемые отходы загружаются в реактор 1 через люк 5. Поджигание отходов осуществляется от факела пламени через загрузочный люк 5. Открываются жалюзи 6, включается электровентилятор 7, который работает в пусковом режиме 5-8 минут. После возгорания отходов, жалюзи 6 закрываются, электровентилятор 7 частотным регулятором настраивается на рабочий режим. Струя воздуха, взаимодействуя с цилиндром 9, образует вихри, срывающиеся с определенной частотой. Срывающиеся вихри, попадая в резонансную камеру 10, образуют в ней акустические колебания. Перемещением поршня 11 резонансная камера 10 настраивается в резонансный режим. Излучаемые резонансной камерой звуковые колебания, создают в реакторе вибрационное горение, тем самым интенсифицируя процесс горения.

Таким образом, предлагаемый газодинамический генератор звуковых колебаний позволяет излучать звуковые колебания высокой интенсивности на дискретной частоте в широком диапазоне ее изменения с наименьшей энергией воздушной струи.

Газодинамический генератор звуковых колебаний, включающий в себя сопло, резонансную камеру, поршень, имеющий возможность перемещаться вдоль резонансной камеры, отличающийся тем, что генератор снабжен акустическим датчиком, установленным в поршне, электровентилятором с частотным регулятором числа оборотов и сменными цилиндрами разных диаметров, играющими роль клина.