Акустические измерения в биканальной системе

Внедрение: 2017 г.

Новосибирские исследователи применили для акустических измерений модуль E‑440 (сегодня выпускается его сертифицированный аналог E14‑440).

В ИТПМ СО РАН активно развивается новая технология по акусто-конвективной сушке пористых материалов [1]. Данная технология позволяет осуществлять сушку без подвода тепла к осушаемому материалу, что является важным для ряда биологических, пищевых и химически активных сред. Еще одним преимуществом данного способа сушки является значительная интенсификация процесса экстракции влаги по сравнению с классическим термо-конвективным подходом. В основе разработанной акусто-конвективной сушильной установки (АКСУ) заложен генератор высокоинтенсивного звука Гартмана.

Принципиальная схема АКСУ представлена на рисунке 1. Из этой схемы видно, что установка представляется в виде двух перпендикулярных каналов. Первый канал состоит из двух разнесенных цилиндрических частей форкамеры (1) и резонатора (2). С левой стороны второго канала располагается квадратный резонатор с регулировочным поршнем (6), а с правой стороны – рабочая часть (3) с открытым торцом, через который осуществляется загрузка и выгрузка осушаемого материала.

В качестве рабочей среды используется сжатый газ, который поступает в форкамеру АКСУ из магистрали среднего давления, параметры входящего потока регистрируются манометрами (4). На выходе из форкамеры установлено дозвуковое коническое сопло, разгоняющее газ до местной скорости звука. Выходящая из сопла нерасчетная струя устремляется в соосно установленный резонатор (2), в результате чего формируется колеблющаяся бочкообразная структура, периодически заполняющая и опорожняющая резонатор. Глубина резонатора изменяется с помощью регулировочного поршня (7) и является исследуемым параметром в данной работе. Сформировавшийся акусто-конвективный поток поступает в рабочую часть (3) и регистрируется с помощью высокочувствительного пьезодатчика ЛХ‑610 (5). Результаты замеров акустического датчика через предусилитель поступают на модуль АЦП E‑440.

Рисунок 1. Принципиальная схема АКСУ: 1 – форкамера; 2 – резонатор; 3 – рабочая часть; 4 – манометры; 5 – пьезодатчик ЛХ‑610; 6 – квадратный резонатор с регулировочным поршнем; 7 – регулировочный поршень.

Данное исследование направлено на изучение влияния глубины цилиндрического резонатора первого канала на амплитудно-частотные характеристики сформировавшегося на входе в рабочую часть АКСУ потока. Работы по регулировке резонатора проводились при выключенной АКСУ. Изменение глубины резонатора производилось с помощью перемещения штока резонатора и его фиксации контрольным винтом, препятствующим перемещению штока во время проведения пуска и выхода на режим АКСУ.
 

На рисунке 2 представлены результаты обработки снимаемого с акустического датчика ЛХ‑610 сигнала. 

Рисунок 2. Амплитудно-частотные характеристики, полученные при глубине резонатора: а) 530 мм; б) 460 мм; в) 390 мм; г) 315 мм; д) 530 мм; е) 460 мм.

На рисунке 3 представлена зависимость собственной частоты резонатора от его глубины. Как видно из графика, результаты расчетов, определенные по расчетной формуле Гельмгольца для собственной частоты цилиндрического резонатора, и полученные экспериментальные данные хорошо коррелируют. 

Рисунок 3. Сопоставление собственных частот резонатора, полученных в эксперименте (точки), с расчетными (линия).

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Новосибирской области в рамках научного проекта № 17‑48‑540805.

Источник:
Жилин А.А., Голубев Е.А. Экспериментальное исследование амплитудно-частотных характеристик в биканальной системе // Тезисы XV Всероссийского семинара «Динамика многофазных сред» с участием иностранных ученых. – 2017. – Новосибирск: Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН. – С. 54‑56.

Разработчик: А.А. Жилин, Е.А. Голубев (Институт теоретической и прикладной механики СО РАН, Сибирский гос. университет водного транспорта)