姜根山， 許偉龍， 安連鎖

(1.華北電力大學(xué) 數(shù)理系，河北保定 071003；2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206)

聲波在電站鍋爐含顆粒介質(zhì)氣體中的衰減特性

姜根山1， 許偉龍2， 安連鎖2

(1.華北電力大學(xué) 數(shù)理系，河北保定 071003；2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206)

采用數(shù)值計(jì)算方法研究了可聽聲頻率范圍內(nèi)聲波在電站鍋爐爐膛中的衰減機(jī)理，建立了電站鍋爐含顆粒介質(zhì)氣體中的聲衰減系數(shù)計(jì)算公式，得到了聲衰減系數(shù)與聲頻率、顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、顆粒粒徑及煙氣溫度的關(guān)系.根據(jù)多體多次散射理論，對顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)較大的循環(huán)流化床鍋爐中的聲波衰減特性進(jìn)行了討論，并對其聲衰減系數(shù)進(jìn)行了修正.結(jié)果表明：對于一般燃煤鍋爐，隨著煙氣溫度的升高以及顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)和聲頻率的增大，聲衰減系數(shù)增大，隨著顆粒粒徑的增大，聲衰減系數(shù)減??；循環(huán)流化床鍋爐中的聲波衰減主要來源于顆粒介質(zhì)表面的熱傳導(dǎo)耗散.

電站鍋爐； 聲傳播特性； 聲衰減系數(shù)； 多體多次散射理論

近年來，將聲學(xué)技術(shù)應(yīng)用于電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注及研究，如爐內(nèi)聲源(爐管泄漏源)的檢測與定位，爐內(nèi)溫度場、流場和聲場等物理量場的測量，爐內(nèi)聲波除灰以及聲波助燃等技術(shù)[1-4].這些技術(shù)均涉及到爐內(nèi)聲傳播特性，其作為理論基礎(chǔ)對研究聲學(xué)應(yīng)用技術(shù)起著至關(guān)重要的作用.電站鍋爐爐膛中環(huán)境復(fù)雜多變，煤粉隨一次風(fēng)噴入爐膛中進(jìn)行燃燒，顆粒進(jìn)入爐膛后隨機(jī)分布在燃燒層，煤粉燃盡之后產(chǎn)生的飛灰也會(huì)隨機(jī)分布在爐膛中，因此聲波在爐膛含顆粒介質(zhì)氣體中的傳播是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，之前筆者研究了強(qiáng)聲波在電站鍋爐爐膛中的傳播特性，然而并未考慮顆粒介質(zhì)的影響.

針對顆粒介質(zhì)中的聲波衰減理論，最早Stokes[5]以水中的鐘擺為模型研究了作用在小球上的黏滯力.Rayleigh研究了小顆粒對光波的散射，提出了散射截面反比于波長四次方的長波散射理論.Sewell[6]研究了黏滯流體中不動(dòng)球形硬粒子的聲波衰減特性，并對Rayleigh的結(jié)果進(jìn)行了修正.而Lamb[7]則研究了黏滯流體中可自由運(yùn)動(dòng)球形硬粒子的聲波衰減特性.然而，以上理論僅在顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)很小時(shí)才成立，當(dāng)其體積分?jǐn)?shù)接近于0.1或更大時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相差很大[8].Allegra等[9]聯(lián)立質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒方程求出考慮粒子散射、黏滯及熱傳導(dǎo)效應(yīng)時(shí)的聲吸收系數(shù)，給出了考慮聲吸收因素最為全面的理論.Sheng等[10]根據(jù)Johnson提出的高通模型，建立了球形粒子散射衰減系數(shù)的高通模型表達(dá)式，該式也是目前計(jì)算散射衰減系數(shù)的通用表達(dá)式.錢祖文[11]以海洋淺層沉積和液體中的氣泡為例，采用多體多次散射理論研究了高濃度顆粒介質(zhì)中的聲傳播特性.楊文澤[12]在冷態(tài)工況下初步測試了氣固兩相流介質(zhì)中的聲波衰減特性.Valverde[13]研究了強(qiáng)聲波的聲流效應(yīng)對循環(huán)流化床鍋爐爐膛中顆粒的影響，分析了強(qiáng)聲波在循環(huán)流化床鍋爐中的衰減特性.目前，顆粒介質(zhì)中聲傳播特性研究主要集中在水聲學(xué)或氣液兩相流中，有關(guān)氣固的研究相對較少，且所研究的聲波多集中在高頻段，對于可聽聲頻率范圍內(nèi)的聲波在顆粒介質(zhì)中衰減特性的研究十分缺乏.

結(jié)合電站鍋爐爐膛中的實(shí)際情況，筆者分析了可聽聲頻率范圍內(nèi)的聲波在爐膛中的衰減機(jī)理，研究了衰減機(jī)理與聲頻率、顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、煙氣溫度和顆粒粒徑的關(guān)系，給出了爐膛中聲衰減系數(shù)計(jì)算公式，并根據(jù)多體多次散射理論對顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)較大的循環(huán)流化床鍋爐中的聲衰減系數(shù)進(jìn)行了討論和修正.

1 顆粒介質(zhì)間無相互作用時(shí)聲波的衰減特性

若某種流體中出現(xiàn)物理性質(zhì)不同的其他顆粒物時(shí)，將其稱為顆粒介質(zhì)(或懸浮流體).當(dāng)顆粒物的體積分?jǐn)?shù)很小，以至于顆粒之間的相互作用可以忽略時(shí)，可將其稱為低濃度顆粒介質(zhì)(或稀懸浮流體)，否則稱為高濃度顆粒介質(zhì)(或濃懸浮流體)[14].

1.1 媒質(zhì)的黏滯吸收和熱傳導(dǎo)吸收

在可聽聲頻率范圍內(nèi)，媒質(zhì)的弛豫效應(yīng)可以忽略，根據(jù)聲吸收的經(jīng)典公式可以得到聲吸收系數(shù)

(1)

式中：αf為媒質(zhì)的聲吸收系數(shù)；ω為振蕩角頻率；ρ為媒質(zhì)的密度；c為媒質(zhì)的聲速；μ為切變黏滯系數(shù)；μ′為容變黏滯系數(shù)，一般情況下在可聽聲頻率范圍內(nèi)，μ′可以忽略；λ為熱傳導(dǎo)系數(shù)；cp為比定壓熱容；cv為比定容熱容.

電站鍋爐爐膛中煙氣的聲吸收系數(shù)為

(2)

從式(2)可以發(fā)現(xiàn)，媒質(zhì)的聲吸收系數(shù)與其物理性質(zhì)有關(guān)，表1給出了爐膛壓力為101 225 Pa(即負(fù)壓為100 Pa)時(shí)煙氣的物性參數(shù)，其中T和ν為煙氣溫度和運(yùn)動(dòng)黏度.

表1 煙氣的物性參數(shù)

圖1給出了不同煙氣溫度下聲吸收系數(shù)隨聲頻率f的變化.從圖1可以看出，相同煙氣溫度下，聲吸收系數(shù)隨著聲頻率的增大而變大；相同聲頻率下，煙氣溫度越高，聲吸收系數(shù)越大.從圖1還可以看出，煙氣溫度的變化對聲吸收系數(shù)的影響并不大.

1.2 顆粒介質(zhì)對聲波衰減特性的影響

聲波在顆粒介質(zhì)中的衰減主要包括顆粒表面熱傳導(dǎo)耗散、顆粒對媒質(zhì)作相對運(yùn)動(dòng)的摩擦損耗(黏滯衰減)以及聲波對粒子的散射引起的附加能量耗散，同時(shí)顆粒自激產(chǎn)生的聲波也會(huì)影響其衰減特性[13].

圖1 不同煙氣溫度下聲吸收系數(shù)隨聲頻率的變化

1.2.1 顆粒自激作用及顆粒表面熱傳導(dǎo)耗散

爐膛中燃燒的煤粉顆粒溫度遠(yuǎn)高于周圍煙氣溫度，兩者的溫度梯度使得熱量從煤粉顆粒流向煙氣，發(fā)生熱量交換即熱傳導(dǎo)，煤粉顆粒表面不可逆的熱傳導(dǎo)過程會(huì)引起聲波的耗散.

假設(shè)煤粉顆粒為剛性球形顆粒，則半徑為R的顆粒聲吸收有效截面積σ為

(3)

若單位體積內(nèi)有N個(gè)這樣的顆粒，則由單位體積內(nèi)顆粒表面熱傳導(dǎo)引起的聲衰減系數(shù)αa為

(4)

式中：N=3φ/(4πR3)，φ為煤粉在煙氣中的體積分?jǐn)?shù).

從式(4)可以看出，顆粒表面熱傳導(dǎo)引起的聲衰減系數(shù)與顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、顆粒粒徑、聲頻率以及煙氣的物性參數(shù)有關(guān).

1.2.2 顆粒介質(zhì)中的黏滯衰減和散射衰減

在顆粒介質(zhì)中，顆粒介質(zhì)會(huì)引起聲波的散射；而在黏性流體中，顆粒的聲散射場除了散射波外還會(huì)產(chǎn)生黏滯波.假設(shè)入射波是平面波，表達(dá)式為φi=eikZ，Z為入射波的傳播方向，為了簡化問題，假設(shè)入射波振幅為1，則有:

(5)

式中：k為波數(shù)，k=ω/c；r為到球心的距離；jn(kr)為n階球貝塞爾函數(shù)；Pn(cosθ)為勒讓德多項(xiàng)式；θ為入射角度.

散射的分離變量解可表示為

(6)

式中：An,1為第一次散射解的第n階展開系數(shù)，由邊界條件確定；hn(kr)為n階漢克函數(shù).

對于黏滯波，取矢量勢A，有A=(Ar,Aθ,A?),由于方位對稱，Ar=0，Aθ=0，所以矢量勢A=(0,0,A?).分離變量并展開A?，若省去下標(biāo)，可得

(7)

式中：Cn,1為待定系數(shù).

根據(jù)文獻(xiàn)[13]，當(dāng)kR<<1時(shí)有:

(8)

(9)

(10)

在電站鍋爐爐膛中，顆粒粒徑大約為100 μm且m>>1，而在可聽聲頻率范圍內(nèi)，又有z<1，因此式(10)可以簡化為

(11)

若在單位體積的流體中存在N個(gè)顆粒，顆粒之間無相互作用，耗散函數(shù)為

(12)

式中：Re(·)表示求實(shí)部.

入射波聲強(qiáng)為

(13)

由此可得，相應(yīng)的聲衰減系數(shù)為

(14)

當(dāng)kR<<1時(shí)，An,1中僅有n=0、1時(shí)為有限值，n>2時(shí)An,1為高階無窮小，因此式(14)可以簡化為

(15)

通過式(15)即可得到顆粒介質(zhì)中黏滯衰減系數(shù)和散射衰減系數(shù).

根據(jù)瑞利散射，單位體積內(nèi)有N個(gè)小顆粒的理想流體中的散射衰減系數(shù)為

(16)

對于電站鍋爐爐膛中煤粉顆粒的粒徑范圍以及可聽聲頻率范圍，根據(jù)式(11)和式(16)，進(jìn)一步簡化式(15)可得

(17)

式(17)等號(hào)右邊第一項(xiàng)為聲波黏滯衰減系數(shù)，第二項(xiàng)為聲波散射衰減系數(shù).

根據(jù)式(17)可以發(fā)現(xiàn)在電站鍋爐爐膛中，在可聽聲頻率范圍內(nèi)，聲波的黏滯衰減系數(shù)要遠(yuǎn)大于散射衰減系數(shù).

1.3 顆粒介質(zhì)中的聲衰減系數(shù)

電站鍋爐中聲衰減系數(shù)為

(18)

為了研究聲衰減系數(shù)的相關(guān)性，引入穿透深度d10，d10=10/(2α),即為聲波聲強(qiáng)減少10 dB所需要的距離.

圖2給出了煙氣溫度為1 200 ℃、顆粒粒徑為100 μm時(shí)，不同顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)下穿透深度隨聲頻率的變化.從圖2可以看出，在可聽聲頻率范圍內(nèi)，顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)越大，穿透深度越小，即聲衰減系數(shù)越大；顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)相同時(shí)，穿透深度隨著聲頻率的增大而減小，即聲衰減系數(shù)增大.這是因?yàn)轭w粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)越大，顆粒數(shù)目相應(yīng)增加，黏滯衰減以及顆粒表面熱傳導(dǎo)耗散相應(yīng)變大.而聲頻率越大，聲波的波長越小，越容易衰減.

圖3給出了煙氣溫度為1 200 ℃、顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)為0.2時(shí)，不同聲頻率下穿透深度隨顆粒粒徑的變化.從圖3可以看出，當(dāng)煙氣溫度和顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，隨著顆粒粒徑的增大(仍然需要滿足kR<<1)，穿透深度增大，即聲衰減系數(shù)減小；而當(dāng)顆粒粒徑一定時(shí)，聲頻率越大，穿透深度越小，即聲衰減系數(shù)越大.這是因?yàn)殡S著顆粒粒徑的增大，相同顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)下顆粒數(shù)目減少，顆粒表面熱傳導(dǎo)耗散及黏滯衰減會(huì)相應(yīng)減小，從而導(dǎo)致聲衰減系數(shù)減小.

圖2 不同顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)下穿透深度隨聲頻率的變化

圖3 不同聲頻率下穿透深度隨顆粒粒徑的變化

圖4給出了煙氣溫度為1 200 ℃、顆粒粒徑為100 μm時(shí)，穿透深度與聲頻率和顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系.

圖4 不同聲頻率下穿透深度隨顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)的變化

圖5(a)給出了聲頻率為5 kHz、顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)為0.1時(shí)，穿透深度與煙氣溫度和顆粒粒徑的關(guān)系.從圖5(a)可以看出，顆粒粒徑相同時(shí)，煙氣溫度越高，穿透深度越小，即聲衰減系數(shù)越大.圖5(b)給出了聲頻率為5 kHz、顆粒粒徑為100 μm時(shí)，穿透深度與煙氣溫度和顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系.從圖5(b)可以看出，當(dāng)顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)相同時(shí)，煙氣溫度越高，穿透深度越小，即聲衰減系數(shù)越大.圖5(c)給出了顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)為0.1、顆粒粒徑為100 μm時(shí)，穿透深度與煙氣溫度和聲頻率的關(guān)系.從圖5(c)可以看出，當(dāng)聲頻率保持不變時(shí)，煙氣溫度越高，穿透深度越小，即聲衰減系數(shù)越大.綜上分析，煙氣溫度升高，穿透深度減小，聲衰減系數(shù)增大，這主要是因?yàn)殡S著煙氣溫度的升高，煙氣中的氣體分子運(yùn)動(dòng)更加活躍，增加了顆粒表面的熱傳導(dǎo)耗散、黏滯衰減以及媒質(zhì)的聲吸收，使得聲衰減系數(shù)增大.

(a)

(b)

(c)

綜上分析，由于電站鍋爐爐膛中煤粉顆粒粒徑在100 μm量級(jí)范圍且所研究的聲波在可聽聲頻率范圍內(nèi)，根據(jù)式(18)可以發(fā)現(xiàn)，顆粒介質(zhì)中聲波衰減機(jī)理主要是由黏滯衰減以及顆粒表面熱傳導(dǎo)耗散引起的，而由煤粉顆粒引起的散射衰減以及媒質(zhì)的黏滯吸收和熱傳導(dǎo)吸收幾乎可以忽略.當(dāng)不考慮煙氣溫度變化時(shí)，以上聲波衰減變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合[12].

2 顆粒介質(zhì)間有相互作用時(shí)聲波的衰減特性

通常燃煤鍋爐爐膛中顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)很小，而循環(huán)流化床鍋爐對于爐膛中顆粒介質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)一般在0.1～0.5，顆粒之間的相互作用不能忽略，采用多體多次散射理論研究循環(huán)流化床鍋爐中高濃度顆粒介質(zhì)的聲波衰減特性.

2.1 散射波相互作用的顆粒介質(zhì)中的聲波衰減特性

當(dāng)一列平面波在單位體積中有N個(gè)顆粒的流體中傳播時(shí)，顆粒構(gòu)成了聲場中的散射體，任何顆粒除了受到原始入射波(平面波)的作用外，還受到其他顆粒在其所在處產(chǎn)生的次級(jí)場作用，將這2部分場稱為該顆粒的等效入射場.根據(jù)多體多次散射理論，一列平面波沿x軸方向入射到顆粒介質(zhì)中，P點(diǎn)為介質(zhì)中某一顆粒所在位置，(rO，θO)為P點(diǎn)的極坐標(biāo)；s為另一散射體，(rOs，θOs)為s點(diǎn)的極坐標(biāo)；P點(diǎn)相對于s點(diǎn)的極坐標(biāo)為(rs，θs)，則P點(diǎn)的原始入射波為

(19)

根據(jù)式(19)可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)入射波的振幅不再等于1，而是等于eikrOscos θOs.經(jīng)過第一次多體散射后，P點(diǎn)的第二次等效入射場為原始入射場與第一次多體散射場之和:

(20)

由于kR<<1，散射場僅需取零階和一階量，φ0,1(P)和φ1,1(P)分別為P點(diǎn)處的零階散射場和一階散射場:

(21)

根據(jù)式(19)和式(21)，式(20)可以改寫為

奶牛春秋兩季配種受胎率最高，而夏季最低，這是由于熱應(yīng)激影響精子的成熟和精液成分，造成公牛性欲低下。另外，影響母牛卵細(xì)胞的分化、發(fā)育、著床，發(fā)情頻率明顯下降。

(22)

式中：W=γ0A0,1+γ1A1,1.

考慮多體n次散射，則P點(diǎn)的第n次等效入射場為

(23)

因此,考慮了多體多次散射相互作用后，散射衰減系數(shù)為

(24)

圖6給出了煙氣溫度為1 200 ℃、顆粒粒徑為100 μm時(shí)，遮蔽因子與顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)和聲頻率的關(guān)系.從圖6可以看出，低頻段遮蔽因子幾乎為0，顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)不變時(shí)，隨著聲頻率的增大，遮蔽因子增大，即散射衰減系數(shù)α0增大；聲頻率不變時(shí)，顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)越大，遮蔽因子越小，即散射衰減系數(shù)α0越小.同樣還可以發(fā)現(xiàn)，隨著多體多次散射次數(shù)的增加，遮蔽因子不斷減小.

圖6 不同顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)下遮蔽因子隨聲頻率的變化

圖7給出了煙氣溫度為1 200 ℃、顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)為0.2時(shí)，遮蔽因子與聲頻率和顆粒粒徑的關(guān)系.從圖7可以清晰地看出，聲頻率為20 Hz時(shí)，經(jīng)過多體多次散射后，遮蔽因子趨近于0；聲頻率不變時(shí)，隨著顆粒粒徑的增大，遮蔽因子增大；顆粒粒徑不變時(shí)，聲頻率越大，遮蔽因子越大.

圖7 不同聲頻率下遮蔽因子隨顆粒粒徑的變化

圖8(a)給出了聲頻率為5 kHz、顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)為0.2時(shí)，遮蔽因子與煙氣溫度和顆粒粒徑的關(guān)系.從圖8(a)可以看出，顆粒粒徑不變時(shí)，隨著煙氣溫度的升高，遮蔽因子減小，散射衰減系數(shù)α0減小.圖8(b)給出了聲頻率為5 kHz、顆粒粒徑為100 μm時(shí)，遮蔽因子與煙氣溫度和顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系.從圖8(b)可以看出，顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)不變時(shí)，煙氣溫度越高，遮蔽因子越小，散射衰減系數(shù)α0越小.圖8(c)給出了顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)為0.2顆粒粒徑為100 μm時(shí)，遮蔽因子與煙氣溫度和聲頻率的關(guān)系.從圖8(c)可以看出，聲頻率不變時(shí)，煙氣溫度越高，遮蔽因子越小，散射衰減系數(shù)α0越小.

(a)

(b)

(c)

上文中得到了當(dāng)n=2、3時(shí)遮蔽因子隨煙氣溫度、顆粒粒徑及顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)的變化，而當(dāng)n取無窮大時(shí)，可以得到在循環(huán)流化床鍋爐爐膛參數(shù)下，可聽聲頻率范圍內(nèi)有βzb≈0，即顆粒介質(zhì)中由散射衰減和黏滯衰減引起的聲衰減系數(shù)約為0，此時(shí)顆粒介質(zhì)中的聲波衰減主要由顆粒表面熱傳導(dǎo)耗散決定.這是因?yàn)樯⑸洳ㄏ嗷プ饔脤?dǎo)致顆粒相互遮蔽，使被散射掉的部分聲能重新回到入射方向，從而減小了聲衰減系數(shù).

2.2 散射波與黏滯波相互作用的顆粒介質(zhì)中的聲波衰減特性

(25)

(26)

(27)

當(dāng)kR<<1時(shí)有：

(28)

(29)

(30)

根據(jù)數(shù)值計(jì)算，當(dāng)n≥2時(shí)，βzb→0.因此，可以得到考慮散射波與黏滯波相互作用時(shí)，散射衰減和黏滯衰減引起的聲衰減系數(shù)遮蔽因子約為0，即聲衰減系數(shù)近似為0，此時(shí)爐膛中的聲波衰減主要由顆粒表面的熱傳導(dǎo)耗散決定.考慮黏滯波的相互作用后聲衰減系數(shù)進(jìn)一步減小，主要原因是顆粒在黏滯流體中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生漩渦，將部分能量傳給其周圍的顆粒.

值得注意的是，在研究含顆粒介質(zhì)氣體中的聲波衰減特性時(shí)對聲波進(jìn)行了平面波假設(shè)，實(shí)際傳播過程中聲波會(huì)出現(xiàn)球面發(fā)散，即發(fā)生球面?zhèn)鞑ニp，但是當(dāng)采取聲陣列作為聲源時(shí)，這部分衰減可以消除.

3 結(jié) 論

(1)在電站鍋爐含顆粒介質(zhì)的氣體中，聲波衰減主要來源于顆粒表面的熱傳導(dǎo)耗散以及黏滯衰減.

(2)顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)較小時(shí)(燃煤鍋爐中)，聲衰減系數(shù)主要與煙氣溫度、顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)、聲頻率及顆粒粒徑有關(guān).顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)越大，聲衰減系數(shù)越大；聲頻率越大，聲衰減系數(shù)越大；顆粒粒徑越大，聲衰減系數(shù)越??；煙氣溫度越高，聲衰減系數(shù)越大.當(dāng)煙氣溫度不變時(shí)，所得聲波衰減變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合.

(3)顆粒介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)較大時(shí)(如循環(huán)流化床中)，顆粒間的相互作用不能忽略.對于電站鍋爐爐膛，由于散射波與黏滯波相互作用，散射衰減和黏滯衰減的聲衰減系數(shù)幾乎為0，聲波衰減主要來源于顆粒表面的熱傳導(dǎo)耗散.

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Attenuation Characteristics of Acoustic Waves in Boiler Flue Gas Containing Solid Particles

JIANGGenshan1,XUWeilong2,ANLiansuo2

(1. Faculty of Mathematics and Physics, North China Electric Power University, Baoding 071003,Hebei Province, China; 2. School of Energy, Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

Numerical simulation was conducted on the attenuation mechanism of audio waves in the furnace of power plant boiler, based on which a formula of sound attenuation coefficient in the gas medium containing solid particles was built, so as to analyze the effects of following factors on the attenuation coefficient, such as the acoustic frequency, particle concentration, particle size and flue gas temperature, etc. Moreover, attenuation characteristics of acoustic waves in the furnace of fluidized bed boiler containing solid particles of higher volumetric fractions were also studied based on multi-body multiple scattering theory, and subsequently corresponding attenuation coefficients were corrected. Results show that for general coal-fired boilers, the sound attenuation coefficient increases with rising flue gas temperature, particle concentration and sound frequency, and with reducing particle size; whereas for fluidized bed boilers, the acoustic attenuation mainly originates from the thermal diffusion on the surface of medium particles.

power plant boiler; sound propagation; acoustic attenuation coefficient; multi-body multiple scattering theory

2016-02-01

2016-03-15

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11474091,11274111)；河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(A2015502077)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2015XS105)

姜根山(1963-)，男，河北邢臺(tái)人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殄仩t聲學(xué)理論及應(yīng)用. 許偉龍(通信作者)，男，博士研究生，電話(Tel.):15632248235；E-mail：xuweilong@ncepu.edu.cn.

1674-7607(2017)02-0126-08

TV698.1+5

A 學(xué)科分類號(hào)：470.30