李 勇，林原勝，肖 頎，王 葦，李少丹，魏志國(guó)

(武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所 熱能動(dòng)力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430205)

艦船核動(dòng)力裝置運(yùn)行過程需對(duì)給水進(jìn)行深度除氧，以抑制管路和設(shè)備腐蝕[1]。為節(jié)省艙室空間，常采用冷凝器熱井鼓泡除氧方案，加熱蒸汽以水下噴注的方式進(jìn)入熱井低過冷凝水空間并將其加熱至近飽和溫度，促使凝水中溶解氧析出。低過冷流場(chǎng)中蒸汽水下噴注直接接觸冷凝(DCC)的深入研究，是優(yōu)化艦船核動(dòng)力裝置鼓泡除氧的關(guān)鍵[2-3]。相比傳統(tǒng)中、高過冷流場(chǎng)中的蒸汽-水DCC，該物理過程表現(xiàn)出新的特征：一方面，由于流場(chǎng)過冷度低、蒸汽凝結(jié)勢(shì)小，射流汽羽流型結(jié)構(gòu)及其演變呈現(xiàn)新的特征，是決定冷凝速率和除氧深度的關(guān)鍵因素；另一方面，該過程伴隨劇烈的相界面演化及汽泡生成、聚并、破碎、潰滅等行為，誘發(fā)強(qiáng)烈的流場(chǎng)輻射噪聲，是制約艦船隱身性能提升的重要因素。

目前，蒸汽水下噴注DCC相關(guān)研究主要集中在中、高過冷流場(chǎng)環(huán)境[4-8]，低過冷流場(chǎng)環(huán)境的研究很少。由于流場(chǎng)過冷度的大幅降低，水下噴注汽羽的動(dòng)態(tài)特性與中、高過冷流場(chǎng)環(huán)境存在很大差異，是影響汽羽流型演化、冷凝速率和聲學(xué)特性的關(guān)鍵因素，目前還缺乏對(duì)其深入的了解和掌握。針對(duì)上述需求，本文通過開展低過冷流場(chǎng)中蒸汽水下噴注DCC聲學(xué)特性研究，識(shí)別低過冷流場(chǎng)中噴注汽羽兩相流型演化及參數(shù)影響規(guī)律，揭示流場(chǎng)熱工水力行為與輻射噪聲之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，可為深化相關(guān)噪聲控制理論與方法提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及原理

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，主要由蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、低過冷實(shí)驗(yàn)水箱、參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)等組成。

蒸汽從蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生后，經(jīng)蒸汽總管分為兩條支路：支路a的蒸汽通過穩(wěn)壓罐后經(jīng)噴管水平通入低過冷實(shí)驗(yàn)水箱，在其中發(fā)生水下噴注、冷凝潰滅等復(fù)雜行為并誘發(fā)輻射噪聲，是實(shí)驗(yàn)的主要研究對(duì)象；支路b的蒸汽經(jīng)蒸汽冷卻器冷凝后，通過儲(chǔ)液罐重新返回蒸汽發(fā)生裝置。分別測(cè)量蒸汽總管和支路b的蒸汽流量，兩者相減可得支路a向?qū)嶒?yàn)水箱的噴注流量，從而解決小流量下蒸汽流量測(cè)量的難題。實(shí)驗(yàn)開始前，支路a全部蒸汽通過支路b經(jīng)蒸汽冷卻器冷凝后返回蒸汽發(fā)生裝置，此時(shí)，蒸汽總管與支路b的蒸汽流量應(yīng)一致。通過蒸汽冷卻器底部的凝液測(cè)量罐，測(cè)得冷凝后的凝液體積流量，經(jīng)換算用于修正蒸汽總管和支路b兩臺(tái)渦街流量計(jì)之間的偏差。在蒸汽管路、噴管出口位置、實(shí)驗(yàn)水箱內(nèi)分別布置熱電偶測(cè)點(diǎn)以獲取相關(guān)位置的溫度參數(shù)，熱電偶使用前經(jīng)恒溫水浴標(biāo)定。通過上述措施，減少實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量誤差，滿足實(shí)驗(yàn)精度要求。此外，實(shí)驗(yàn)水箱內(nèi)設(shè)置換熱盤管和抽氣系統(tǒng)，可精確調(diào)控水箱溫度、壓力。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)整體保溫良好，蒸汽管路采取輔助加熱以補(bǔ)償向環(huán)境的散熱，確保水箱入口的噴注蒸汽處于飽和狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和測(cè)量?jī)x器主要參數(shù)列于表1、2。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖Fig.1 Schematic of expriment system

表1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要參數(shù)Table 1 Main parameters of experimental system

表2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器主要參數(shù)Table 2 Main parameters of experimental measuring instrument

實(shí)驗(yàn)過程中，借助蒸汽調(diào)節(jié)閥，控制向?qū)嶒?yàn)水箱的蒸汽噴注流量；通過噴管上游的溫度、壓力測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蒸汽噴注參數(shù)。針對(duì)噴注蒸汽在實(shí)驗(yàn)水箱中的兩相流型演化和輻射噪聲行為，借助可視化攝像、微型熱電偶、壓力脈動(dòng)傳感器、高靈敏水聽器等測(cè)量手段，分別對(duì)汽羽廓形、流場(chǎng)參數(shù)、聲學(xué)特性進(jìn)行測(cè)量。其中，汽羽流型采用在實(shí)驗(yàn)水箱兩對(duì)側(cè)面開設(shè)觀察窗，一側(cè)高速攝像拍攝、另一側(cè)平板光源打光的方式進(jìn)行。通過上述方法，獲得汽羽演化特性與流場(chǎng)細(xì)致結(jié)構(gòu)以及其與噴注參數(shù)、流場(chǎng)參數(shù)之間的影響關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)噪聲信號(hào)時(shí)頻域特征的分析，進(jìn)一步揭示輻射聲學(xué)特性及其與流場(chǎng)參數(shù)、汽羽流型之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

2 結(jié)果分析

2.1 汽羽流型演化

蒸汽以水下噴注方式進(jìn)入低過冷實(shí)驗(yàn)水箱，其流型受噴注參數(shù)、流場(chǎng)參數(shù)的共同影響。由于流場(chǎng)過冷度低，冷凝換熱能力較中、高過冷流場(chǎng)大幅減弱[9-10]，動(dòng)力學(xué)因素對(duì)流型演化的影響更為顯著。圖2為蒸汽噴注壓力0.2 MPa(絕對(duì)壓力)、實(shí)驗(yàn)水箱壓力0.05 MPa(絕對(duì)壓力)、流場(chǎng)過冷度6.9～7.5 ℃時(shí)不同入口蒸汽流速下的汽羽流型演化圖像。圖中，α為汽羽錐角；l為汽羽穿透距離?？煽闯?，隨入口蒸汽流速的增加，汽羽形態(tài)及穿透距離均發(fā)生顯著變化。

蒸汽質(zhì)量流速9.2 kg/(m2·s)時(shí)(圖2a)，蒸汽離開噴管后以振蕩汽泡形態(tài)在流場(chǎng)中呈現(xiàn)，冷凝發(fā)生在汽泡表面與流場(chǎng)接觸的兩相界面。此時(shí)，蒸汽噴注流量和射流速度勢(shì)均很小，蒸汽進(jìn)入實(shí)驗(yàn)水箱后，在與周圍流場(chǎng)壓力差的作用下汽泡體積開始膨脹；隨著汽泡體積增大，汽-水接觸相界面增加，冷凝過程增強(qiáng)，汽泡在達(dá)到其最大尺寸后出現(xiàn)收縮。在壓差力、慣性力和相界面冷凝的協(xié)同作用下，汽泡呈周期性的生長(zhǎng)與塌縮，在此過程中，汽泡形態(tài)還受表面張力、浮力、流場(chǎng)擾動(dòng)等因素的共同影響而發(fā)生不規(guī)則變形，并在重力影響下有向上浮升的趨勢(shì)。

圖2 不同蒸汽質(zhì)量流速下汽羽流型演化Fig.2 Steam plume patterns of different steam mass velocities

蒸汽質(zhì)量流速24.6 kg/(m2·s)時(shí)(圖2b)，蒸汽在噴管出口的射流速度勢(shì)逐漸克服水箱阻力，流場(chǎng)形態(tài)由振蕩汽泡轉(zhuǎn)變?yōu)檎袷幍拟g錐形汽羽。在與汽羽毗鄰的熱水層，受蒸汽射流混合效應(yīng)影響，流場(chǎng)熱水卷吸進(jìn)入汽羽表層，使汽羽表面連續(xù)界面遭到破壞，宏觀上表現(xiàn)為由氣、液兩相組成的混合泡群。泡群的出現(xiàn)，增大了汽、水兩相之間接觸面積，也增強(qiáng)了汽羽與流場(chǎng)之間的冷凝換熱，使泡群具有塌縮潰滅的趨勢(shì)，而來自噴管的補(bǔ)充蒸汽又使泡群具有生長(zhǎng)膨脹的趨勢(shì)。在兩者的動(dòng)態(tài)平衡下，汽羽整體呈周期性的凝結(jié)振蕩。

蒸汽質(zhì)量流速增至63.6 kg/(m2·s)時(shí)(圖2c)，蒸汽射流速度勢(shì)進(jìn)一步增大，汽羽在流場(chǎng)中的穿透距離也隨之增長(zhǎng)，宏觀上表現(xiàn)為廓形不規(guī)則的脈動(dòng)汽柱。汽柱中心為由蒸汽組成的汽核；汽核周圍為射流卷吸流場(chǎng)熱水形成的兩相混合介質(zhì)。受汽柱整體脈動(dòng)的影響，氣、液兩相之間的動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞均增強(qiáng)。一方面，增大了汽柱外層與毗連熱水層之間的能質(zhì)交換，流場(chǎng)中更多的熱水進(jìn)入汽柱內(nèi)部并與之進(jìn)行冷凝換熱；另一方面，增強(qiáng)了流場(chǎng)湍動(dòng)度及擾流效應(yīng)，并導(dǎo)致汽羽整體呈不穩(wěn)定的脈動(dòng)狀態(tài)。

蒸汽質(zhì)量流速增至111.2 kg/(m2·s)時(shí)(圖2d)，噴注汽羽進(jìn)入穩(wěn)定冷凝階段，其形狀為錐形或橢圓形，并可觀測(cè)到汽羽膨脹現(xiàn)象。由于射流夾帶作用的持續(xù)增強(qiáng)，大量熱水卷吸進(jìn)入汽羽內(nèi)部，使之形成圍繞汽核中心、數(shù)量眾多的離散汽泡，進(jìn)一步增大了氣、液兩相之間的冷凝接觸面積。在蒸汽的持續(xù)冷凝下，外層汽泡不斷坍縮并由內(nèi)層蒸汽持續(xù)補(bǔ)充；在遠(yuǎn)離噴管的汽羽末端，大部分蒸汽已經(jīng)冷凝，少量未冷凝蒸汽在流場(chǎng)中形成彌散的汽泡尾群并在流動(dòng)過程中冷凝潰滅直至消失。

蒸汽質(zhì)量流速達(dá)到191.8 kg/(m2·s)時(shí)(圖2e)，汽羽形態(tài)由錐形演變?yōu)殚L(zhǎng)錐形，穿透距離和膨脹直徑均進(jìn)一步增加，汽羽核心對(duì)表層汽泡約束能力降低，其整體廓形呈動(dòng)態(tài)脈動(dòng)并可觀察到部分汽泡擺脫汽羽約束進(jìn)入毗鄰熱水層；在遠(yuǎn)離噴管的汽羽末端，由于射流速度勢(shì)的減弱和冷凝的持續(xù)進(jìn)行，汽泡分散度很大，羽流尾部呈來回?cái)[動(dòng)，但整體仍呈收縮形態(tài)?？傮w而言，由于不穩(wěn)定因素的增長(zhǎng)，汽羽形狀、分散度、穩(wěn)定性等均發(fā)生較為顯著的變化。

蒸汽質(zhì)量流速達(dá)到231.1 kg/(m2·s)時(shí)(圖2f)，汽羽形態(tài)由長(zhǎng)錐形演變?yōu)榘l(fā)散型。在噴管出口位置，蒸汽射流速度勢(shì)發(fā)揮主導(dǎo)作用，汽羽未出現(xiàn)膨脹，其直徑與噴管尺寸相當(dāng)。在蒸汽的強(qiáng)射流卷吸作用下，流場(chǎng)熱水被大量卷吸進(jìn)入汽羽內(nèi)部并夾帶向前運(yùn)動(dòng)；隨汽羽穿透距離的增加，射流速度勢(shì)減弱，汽羽廓形逐漸發(fā)散、膨脹。被卷吸進(jìn)入汽羽內(nèi)部的熱水與蒸汽充分混合，形成彌散的兩相狀態(tài)，氣、液兩相之間發(fā)生持續(xù)的冷凝換熱和傳質(zhì)行為，氣相含率不斷降低直至發(fā)展為彌散在流場(chǎng)中的泡群；在遠(yuǎn)離噴管的汽羽末端，泡群呈發(fā)散狀的羽流形狀。

流場(chǎng)過冷度是影響蒸汽水下噴注DCC的另一個(gè)重要因素。圖3示出了蒸汽質(zhì)量流速67 kg/(m2·s)、流場(chǎng)過冷度2.8～14.7 ℃時(shí)水箱內(nèi)噴注汽羽流型演化圖像。從圖3a～f，流場(chǎng)過冷度依次增大，汽羽廓形及穿透距離呈現(xiàn)新的特征。一般地，流場(chǎng)過冷度很低時(shí)，蒸汽與水之間冷凝換熱能力很弱，且汽羽周圍的熱水層很容易達(dá)到近飽和溫度，汽羽在流場(chǎng)中可維持較長(zhǎng)穿透距離；隨流場(chǎng)過冷度的增加，氣、液兩相之間傳熱溫差增大，有利于冷凝換熱的進(jìn)行，從而加快汽羽表層泡群的冷凝和潰滅，汽羽在流場(chǎng)中的穿透距離逐漸減小；當(dāng)流場(chǎng)過冷度增至一定值后，蒸汽凝結(jié)勢(shì)力與射流速度勢(shì)達(dá)到平衡，進(jìn)入穩(wěn)定冷凝階段，汽羽廓形發(fā)展為穩(wěn)定的錐形，與文獻(xiàn)[11-12]觀測(cè)結(jié)果基本一致。

圖3 不同流場(chǎng)過冷度下汽羽流型演化Fig.3 Steam plume patterns with different sub-cooled temperatures

結(jié)合本文實(shí)驗(yàn)參數(shù)和汽羽圖像，具體分析如下。流場(chǎng)過冷度2.8 ℃時(shí)(圖3a)，蒸汽與水之間冷凝換熱能力很弱，射流速度勢(shì)發(fā)揮主要作用。汽羽穿透距離長(zhǎng)，汽羽表面呈擴(kuò)散狀振蕩并出現(xiàn)不規(guī)則擺動(dòng)，由此誘發(fā)流場(chǎng)速度和壓力脈動(dòng)。流場(chǎng)過冷度增至6.8 ℃時(shí)(圖3b)，隨氣、液兩相間冷凝換熱能力增強(qiáng)，噴管出口附近汽羽顯著膨脹，其整體廓形的分散度和穿透距離均降低；在汽羽末端，由于射流速度勢(shì)減弱和蒸汽持續(xù)冷凝，氣相體積分?jǐn)?shù)減小，可觀測(cè)到汽羽末端振蕩和尾流泡群的出現(xiàn)。

流場(chǎng)過冷度8.3 ℃時(shí)(圖3c)，汽羽整體呈表面不規(guī)則脈動(dòng)的長(zhǎng)汽柱，毗鄰流場(chǎng)的熱水卷吸進(jìn)入汽羽區(qū)后與蒸汽進(jìn)行攪混和冷凝換熱，汽羽外層的大汽泡破碎為數(shù)量眾多的小汽泡并彌散于流場(chǎng)中，在流動(dòng)過程發(fā)生復(fù)雜的碰撞、聚并、冷凝、潰滅等行為，使汽羽整體呈動(dòng)態(tài)波動(dòng)。流場(chǎng)過冷度增至10.4 ℃時(shí)(圖3d)，蒸汽凝結(jié)勢(shì)進(jìn)一步加強(qiáng)，汽羽整體呈振蕩的短汽柱形態(tài)，穿透距離大幅減小，徑向膨脹度也降低。

流場(chǎng)過冷度增至13.5 ℃時(shí)(圖3e)，汽羽整體廓形發(fā)展為較為穩(wěn)定的錐形或長(zhǎng)錐形，其穿透距離及表面形態(tài)均發(fā)生小幅振蕩；由于冷凝換熱持續(xù)增強(qiáng)，汽羽外層區(qū)域氣、液兩相之間傳熱傳質(zhì)速率加大，汽羽體積有塌縮的趨勢(shì)，但來自噴管的蒸汽持續(xù)向汽羽補(bǔ)充以維持其體積；在蒸汽噴注與蒸汽冷凝兩種機(jī)制的協(xié)同作用下，汽羽處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。流場(chǎng)過冷度達(dá)到14.7 ℃后(圖3f)，汽羽整體發(fā)展為穩(wěn)定的錐形，流場(chǎng)進(jìn)入穩(wěn)定冷凝階段。

2.2 噪聲時(shí)域特征分析

圖4為與圖3工況相對(duì)應(yīng)的冷凝噪聲時(shí)域特征曲線。流場(chǎng)過冷度2.8 ℃時(shí)，噴注蒸汽與流場(chǎng)之間的冷凝換熱能力很微弱，蒸汽在離開噴管進(jìn)入流場(chǎng)后，受射流速度勢(shì)和壓差膨脹的雙重影響，汽羽流型呈擴(kuò)散狀振蕩，由此誘發(fā)流場(chǎng)速度和壓力的宏觀脈動(dòng)，導(dǎo)致聲壓時(shí)域曲線呈明顯的低頻周期特性(圖4a)。此時(shí)，聲壓時(shí)域曲線較為光滑，其變化周期約0.05 s；各周期之間聲壓振幅出現(xiàn)波動(dòng)，最小振幅±500 Pa，最大振幅±1 300 Pa，該振幅變化與汽羽流型振蕩相關(guān)。流場(chǎng)過冷度增至6.8 ℃時(shí)，蒸汽與流場(chǎng)之間的冷凝換熱能力有所增強(qiáng)，相界面質(zhì)量、能量交換速率和運(yùn)動(dòng)速度均增大，聲壓信號(hào)分布變緊湊，振幅減小至±900 Pa，同時(shí)，聲壓時(shí)域曲線上疊加有振幅較小的鋸齒狀信息，表明冷凝伴隨的高頻信息有所增強(qiáng)，但整體上仍可較為直觀地顯示出低頻特征(圖4b)。

圖4 不同流場(chǎng)過冷度下冷凝噪聲聲壓時(shí)域特征Fig.4 Time domain features of condensation noise with different sub-cooled temperatures

隨流場(chǎng)過冷度的升高，蒸汽冷凝換熱能力增強(qiáng)。結(jié)合對(duì)汽羽流型的分析，流場(chǎng)過冷度8.3 ℃時(shí)，汽羽整體呈不規(guī)則的長(zhǎng)汽柱形，處于汽羽外層的蒸汽在流場(chǎng)中與液相混合，離散氣泡逐漸增多，形成泡狀羽流。氣、液兩相之間存在復(fù)雜的流動(dòng)攪混、汽泡變形、冷凝潰滅等行為，導(dǎo)致流場(chǎng)速度擾動(dòng)和壓力脈動(dòng)加劇，并對(duì)其聲學(xué)特征產(chǎn)生影響，使聲壓時(shí)域曲線振幅回升至±1 200 Pa，同時(shí)，聲壓信號(hào)分布緊密、鋸齒增多，說明在低頻信息的基礎(chǔ)上疊加了豐富的高頻信息(圖4c)。流場(chǎng)過冷度增至10.4 ℃時(shí)，汽羽與流場(chǎng)之間傳熱傳質(zhì)行為進(jìn)一步加強(qiáng)，聲壓時(shí)變曲線中的高頻特征更為顯著，聲壓信號(hào)分布更加緊湊，振幅增至±1 500 Pa(圖4d)。

流場(chǎng)過冷度增至13.5 ℃時(shí)，聲壓時(shí)域曲線呈現(xiàn)明顯的中高頻特征。通過對(duì)時(shí)程坐標(biāo)的放大，可發(fā)現(xiàn)聲壓時(shí)域信號(hào)具有周期性特征，其周期0.01 s、最大振幅約±3 000 Pa。在1個(gè)周期內(nèi)，首先出現(xiàn)1個(gè)高振幅聲學(xué)信號(hào)，隨后伴隨多個(gè)振幅逐漸衰減的聲學(xué)信號(hào)；當(dāng)振幅衰減至0后，進(jìn)入下一個(gè)聲壓振蕩周期(圖4e)。流場(chǎng)過冷度達(dá)到14.7 ℃，聲壓時(shí)域曲線的整體特征與圖4e相似，但聲壓信號(hào)從最高振幅衰減至0所經(jīng)歷的振蕩周期增多。結(jié)合對(duì)汽羽流型的分析，這是因?yàn)殡S流場(chǎng)過冷度的進(jìn)一步增加，氣、液兩相之間冷凝換熱能力大幅增強(qiáng)；汽羽在流場(chǎng)中的穿透距離減小而汽羽內(nèi)汽泡破碎、聚并、冷凝、潰滅等介尺度行為也更強(qiáng)烈，兩者共同決定了聲壓時(shí)域曲線向高頻特征的演變(圖4f)。

2.3 噪聲頻域特征分析

圖5 不同流場(chǎng)過冷度下冷凝噪聲聲壓頻域特征Fig.5 Frequency features of condensation noise with different sub-cooled temperatures

在噪聲時(shí)域特征分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)其頻域特征進(jìn)行分析。圖5為對(duì)應(yīng)圖3工況點(diǎn)的噪聲頻譜特征曲線?？煽闯觯瓦^冷流場(chǎng)中蒸汽水下噴注DCC噪聲具有寬頻特征，在10 Hz～10 kHz范圍內(nèi)未出現(xiàn)明顯的強(qiáng)特征線譜。從工況點(diǎn)a～f，隨流場(chǎng)過冷度的依次增大，噪聲頻譜曲線的低頻段和高頻段呈不同的變化規(guī)律：在10～100 Hz的低頻區(qū)域，輻射噪聲隨流場(chǎng)過冷度的增大而逐漸降低；在1～10 kHz的高頻區(qū)域，輻射噪聲隨流場(chǎng)過冷度的增大而提高；而在100 Hz～1 kHz頻率范圍內(nèi)，噪聲頻譜特征隨流場(chǎng)過冷度變化不敏感。從圖5還可看出，流場(chǎng)過冷度很低時(shí)，低頻噪聲占輻射噪聲總級(jí)的主導(dǎo)地位；隨流場(chǎng)過冷度的增大，低頻噪聲所占份額逐漸降低，高頻噪聲的作用開始顯現(xiàn)。

結(jié)合對(duì)汽羽流型演化特征的分析，從機(jī)理上探討低過冷流場(chǎng)中蒸汽水下噴注DCC聲學(xué)特性的變化規(guī)律。蒸汽水下噴注時(shí)，其輻射噪聲主要來源于噴注汽羽整體振蕩等宏觀行為以及汽泡生長(zhǎng)、聚并、破碎、潰滅等動(dòng)態(tài)行為導(dǎo)致的流場(chǎng)速度與壓力脈動(dòng)，而由蒸汽射流速度梯度和湍流直接產(chǎn)生的噪聲相對(duì)較小[13-15]。流場(chǎng)過冷度很低時(shí)，噴注蒸汽在流場(chǎng)中以周期性膨脹-收縮的振蕩型汽羽為主導(dǎo)，離散汽泡較少；汽羽宏觀脈動(dòng)對(duì)周圍流場(chǎng)擾動(dòng)大，其誘發(fā)的聲學(xué)行為具有明顯的低頻特征。隨流場(chǎng)過冷度的增大，冷凝換熱能力增強(qiáng)，汽羽穿透距離縮短，汽羽體積宏觀脈動(dòng)減弱，使輻射噪聲低頻區(qū)域聲壓級(jí)逐漸降低，但另一方面，流場(chǎng)過冷度增大后，由于汽羽外層區(qū)域離散汽泡增多，以及汽羽與流場(chǎng)之間冷凝換熱速率增大，汽泡破碎、冷凝潰滅等行為加劇，導(dǎo)致輻射噪聲高頻區(qū)域聲壓級(jí)逐漸增加。

3 結(jié)論

本文圍繞低過冷流場(chǎng)中蒸汽水下噴注DCC過程汽羽流型演化及其聲學(xué)特性開展研究，取得如下主要結(jié)論。

1) 蒸汽以水下噴注方式進(jìn)入低過冷流場(chǎng)形成兩相汽羽，其流型演化受噴注參數(shù)、流場(chǎng)參數(shù)的共同影響；通過實(shí)驗(yàn)研究，分別獲得不同蒸汽質(zhì)量流速和流場(chǎng)過冷度下噴注汽羽典型流型圖像及其演化規(guī)律。

2) 低過冷流場(chǎng)中蒸汽水下噴注DCC噪聲具有寬頻特征。流場(chǎng)過冷度很低時(shí)，低頻噪聲占輻射噪聲的主導(dǎo)地位；隨流場(chǎng)過冷度的增加，高頻噪聲在噪聲總級(jí)中的貢獻(xiàn)逐漸提升。

3) 流場(chǎng)過冷度很低時(shí)，蒸汽凝結(jié)勢(shì)小，汽羽體積脈動(dòng)誘發(fā)的流場(chǎng)擾動(dòng)是導(dǎo)致低頻噪聲的重要因素；隨流場(chǎng)過冷度增加，蒸汽凝結(jié)勢(shì)增大，離散汽泡破碎、潰滅等介觀行為是導(dǎo)致高頻噪聲升高的主要因素。