摘要
低频声波被认为是一种非接触的操控技术，基于声波在流体介质中的能量传递以及声波和颗粒间的动能交换，可促使颗粒振动、碰撞进而加速团聚，在工业除尘、机场除雾和人工影响天气等领域得到应用。我国水资源时空分布不均，江河源区云水资源充沛但自然降水转化率低。充分利用声波等新型技术，提升空中降水转化率、有效增加降水对水源涵养、增加土壤墒情和河川径流量具有十分重要的意义。有关声波团聚增雨的机理和临界条件已有研究，但声波发声音源、声波在自然条件下传播和衰减规律等研究不足。本文围绕新型大功率调制气流的旋笛声源（旋笛式气动声源）的发声机理、声波在大气中的声传播规律、声波在大气传播衰减及对云中液体微粒凝聚效率的影响开展了理论推导和数值仿真，主要研究结论如下： （1）旋笛式气动声源的发声频率主要分布在0~300Hz之间；且当旋笛式气动声源的气室压力增大时，其所发出声波的声压级呈递增趋势，但在气室压力达到400000Pa时，增速趋于平缓。 （2）对点声源在大气中声波传播的衰减系数α进行了数学推导，并分别对与衰减系数变化有关的频率（20~300Hz）、湿度（10~50%）和温度（-20~25℃）间的关系进行了计算。结果表明声波传播的衰减系数α随大气温度的升高而升高；当相对湿度逐渐增大时，对于较低频率（20~80Hz），声波衰减系数α随着温度的升高呈先升高后降低的趋势。对不同工况下中心垂线上总声压级的衰减值进行了分析，可以看出声波衰减的程度随温度的升高而升高（标准大气压情况下，当温度由-20℃升高至20℃时，总声压级衰减值由18.80dB升高至19.18dB）。 （3）当声波频率对应的声波波长远大于声源设备尺寸时，该频率下的声波在半自由场中以较为规则的球面形式传播。当声波频率对应的声波波长接近于或小于等于声源设备尺寸时，会出现“集束”现象，即在近地面形成指向声源设备的“条纹”状声波且声波频率越大，“条纹”越多。声源设备喇叭口中心点处垂线上的声压级是呈指数递减。 （4）集束声波对液体微粒群具有凝聚效果。数值计算可得：频率为200Hz，声压级为124dB的平面波对中直径为50μm粒子群的凝聚效率为1.2%。
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