聲波除塵實驗研究

楊富幫，阮孝慈，王鵬飛，鄧 宇

（天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院，天津 300457）

聲波除塵實驗研究

楊富幫，阮孝慈，王鵬飛，鄧 宇

（天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院，天津 300457）

以含塵氣體濃度為研究對象,分析實驗中聲波頻率、聲場中聲壓級和作用時間對含塵氣體濃度的影響。設(shè)計單因素實驗，采用XFD-7A型低頻信號發(fā)生器、標智GM1356噪音計、FLUKE 941照度計對聲波除塵效果進行探究。實驗結(jié)果表明：當聲波頻率為800 Hz，聲壓級為140 dB，作用時間為3 min時，聲波除塵效果最佳。

頻率;除塵效果;聲壓級

粉塵按粒徑大小可分為降塵、總懸浮顆粒物（TSP）和飄塵（可吸入顆粒物IP）[1]。懸浮于空氣中的固體微粒謂之塵，其大小通常在100 μm以下[2]。粉塵主要通過呼吸道進入人體，對人體造成傷害。粉塵被吸入機體的幾率與粉塵在空氣中停留時間的長短有關(guān)，因此粉塵分散度高，沉降速度慢，穩(wěn)定程度高，被吸入的幾率就大[3]。工業(yè)生產(chǎn)過程中，通過煙囪和通風系統(tǒng)不斷向大氣排放各種粉塵，也有某些工業(yè)設(shè)備在操作過程中所產(chǎn)生的粉塵直接進入大氣[4]。粉塵也是霧霾形成的主要原因，會造成大氣污染。同時，對人們?nèi)粘Ｉ顜砹藝乐赜绊?。習慣上對粉塵有許多名稱，如灰塵、塵埃、煙塵、礦塵、砂塵和粉末等，這些名詞沒有明顯的界限[5]8。

聲波技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為解決含塵氣體提供了新的途徑，無論從經(jīng)濟方面還是技術(shù)上都易于實現(xiàn)，聲波與物質(zhì)分子的作用，主要是聲空化作用、機械作用以及熱作用[6]。

實驗過程中對燃燒的香所產(chǎn)生的氣體進行收集，在特定實驗條件下對其進行聲波處理，以便找到聲波除塵最佳條件。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

原料：香，實驗室提供。

儀器：標智GM1356噪音計，深圳市佳利正宏電子有限公司；FLUKE 941照度計，珠海天澤儀器有限公司；XFD-7A型低頻信號發(fā)生器，天津市第二電子儀器廠；SYJ-IA型DSP教學(xué)功率放大器，北京市三雅誠信系統(tǒng)工程技術(shù)有限公司；除塵系統(tǒng)由除塵室和堵頭構(gòu)成，在除塵室兩端進行密封,并在一端安裝用于聲波反射的堵頭，另一端安裝輻射聲波的聲源。

1.2 實驗方法

1.2.1 含塵氣體產(chǎn)生

實驗中采用人工產(chǎn)塵的辦法生產(chǎn)含塵氣體。在產(chǎn)塵室中形成穩(wěn)定的含塵氣體通過除塵室，需要注意的是每次測量時，要根據(jù)不同的檢測目的，控制好不同的變量。

1.2.2 聲波頻率對除塵效果影響的研究

在產(chǎn)塵室中，收集穩(wěn)定的含塵氣體，使含塵照度在某一確定的值下，測量過程中控制聲壓級（或聲壓）和作用時間相同，改變聲波頻率，在相同實驗情況下檢測粉塵濃度隨聲波頻率的變化特點。

1.2.3 聲壓級對除塵效果影響的研究

在產(chǎn)塵室中，收集穩(wěn)定的含塵氣體，使含塵照度在某一確定的值下，確定最佳聲波頻率下作用相同時間，考察不同聲壓級對粉塵沉降效果的影響。

1.2.4 作用時間對除塵效果影響的研究

在產(chǎn)塵室中，收集穩(wěn)定的含塵氣體，使含塵照度在某一確定的值下，在一定的聲波頻率和聲壓級下，考察不同作用時間對含塵氣體除塵效果的影響。

2 結(jié)果與討論

實驗中采用人工產(chǎn)塵的辦法生產(chǎn)含塵氣體。在產(chǎn)塵室中形成的穩(wěn)定的含塵氣體通過除塵室后，需要注意的是每次測量時，要根據(jù)不同的檢測目的，控制好不同的變量。

2.1 聲壓級隨位置的變化

由于聲級計的量程范圍是30～130 dB，所以要根據(jù)管內(nèi)外差值來測量聲壓級，為了便于測量并減少實驗對測量產(chǎn)生的誤差，測量除塵室內(nèi)聲壓級時需多測量幾次，取平均值，然后加上管外聲壓級值就是管內(nèi)聲壓級值。實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 管內(nèi)外聲壓級差值

另外需要考慮的是聲波在除塵室內(nèi)隨著距離變化而發(fā)生的聲波衰減問題。由于在除塵室內(nèi)形成的是駐波聲場，為了比較聲場隨距離變化而發(fā)生的變化情況，只對比各頻率聲波在波腹和波節(jié)處的聲壓級。本實驗從除塵室堵頭開始為零位置，向揚聲器方向逐漸增大，單位為mm[5]30。其中用于測量聲壓的聲級計型號為標智GM1356噪音計。實驗結(jié)果如圖1所示（B：初始聲壓級118 dB，C：初始聲壓級122 dB， D：初始聲壓級 128 dB）。

圖1 聲壓級隨位置的變化

從圖1中可以看出，隨著距離遠離揚聲器，聲壓級數(shù)并沒有發(fā)生明顯的減小或增大，表明在除塵室內(nèi)空氣沒有對聲場產(chǎn)生明顯的衰減效應(yīng)。所以在后續(xù)的實驗過程中，可以不考慮除塵室內(nèi)空氣對聲波造成的衰減。

2.2 聲波頻率對除塵效果的影響

實驗條件：將聲壓級控制在140 dB，頻率在700、800、900、1 000 和 1 100 Hz，作用時間為 3 min，在不同的頻率下用FLUKE 941照度計測其照度?？疾觳煌暡l率對除塵效果的影響，結(jié)果見圖2。其中，實驗中空白照度見表2。

表2 初始和穩(wěn)定的照度

圖2 聲波頻率對除塵效果的影響

根據(jù)表2和圖2中數(shù)據(jù)可知，加入聲波后照度升高，且照度隨著聲波頻率的增加呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，從圖中數(shù)據(jù)可以得出，當聲波頻率為800 Hz時照度最大，照度最大說明除塵效果最好。所以，在實驗中最佳聲波頻率為800 Hz。

2.3 聲壓級對除塵效果的影響

實驗條件：將聲波頻率控制在800 Hz，聲壓級分別為 100、110、120、130、140、150 和 160 dB， 作用時間為3 min，在不同聲壓下用FLUKE 941照度計測其照度。考察不同聲壓級對除塵效果的影響，結(jié)果見圖3。其中，實驗中空白照度同表2。

根據(jù)圖3中數(shù)據(jù)可知，照度隨著聲壓級的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，從圖中數(shù)據(jù)可以得出聲壓級在140 dB時照度最大。所以，在實驗中最佳聲壓級為140 dB。

2.4 作用時間對除塵效果的影響

實驗條件：將聲波頻率控制在800 Hz，聲壓級控制在 140 dB，作用時間分別為 1、1.5、2、2.5、3、3.5 和4 min，在不同作用時間下用FLUKE 941照度計測其照度?？疾觳煌饔脮r間對除塵效果的影響，結(jié)果見圖4。其中，實驗中空白照度同表2。

根據(jù)圖4中數(shù)據(jù)可知，照度隨著作用時間的增加呈現(xiàn)遞增趨勢，在作用時間為3 min時照度最大，作用時間大于3 min時，照度基本不變。所以，在實驗中最佳作用時間為3 min。

圖3 聲壓級對除塵效果的影響

圖4 作用時間對除塵效果的影響

3 結(jié)語

通過實驗可以得出，聲波除塵最佳條件為：聲波頻率為800 Hz，聲壓級為140 dB，作用時間為3 min，此條件下除塵效果最佳。

[1] 王旻.粉塵及其危害[J].鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保，2000，27（4）：46-48.

[2] 王希鼎.粉塵及其危害[J].玻璃，1997，24（2）：38-40.

[3] 萇翠粉，姚曉玲，楊會玲，等.粉塵及其危害因素和預(yù)防措施分析[J].臨床合理用藥，2013，6（9）：144.

[4] 劉小虎.粉塵濃度測量技術(shù)研究[D].西安：西安工業(yè)大學(xué)，2013.

[5] 蔣華剛.平面駐波聲場中聲波除塵研究[D].西安：陜西師范大學(xué)，2009.

[6] 譚艷芝.超聲波對鎢酸銨溶液結(jié)晶機制影響的研究[D].長沙：中南大學(xué)，2004.

10.13752/j.issn.1007-2217.2017.03.003