阅读说明：本技术 一种利用干、湿气流产生次声的装置 (Device for generating infrasound by using dry and wet air flows ) 是由 翟国庆 姚瑶 陈聪 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用干、湿气流产生次声的装置,属于次声发生装置技术领域,包括出风口相对设置的干气流管道和湿气流管道,在干气流管道和湿气流管道的出风口汇合处设有混合气流管道,各管道内设有等间距排列的支撑杆；干气流管道和湿气流管道的出风口设有用于将两侧气流引入混合气流管道的导流板。本发明结合气爆式、气流声源式两种方式产生次声,利用干、湿气流动压、温度、水汽含量不同,使干、湿两股气流通过导流板混合,气流管道中等间隔排布的支撑杆等技术产生高强度次声。相对于现有次声发声器,具有次声频率可调、强度更高的特点。(The invention discloses a device for generating infrasound by utilizing dry and wet airflow, belonging to the technical field of infrasound generating devices, comprising a dry airflow pipeline and a wet airflow pipeline, wherein the air outlets of the dry airflow pipeline and the wet airflow pipeline are oppositely arranged; the air outlets of the dry airflow pipeline and the wet airflow pipeline are provided with guide plates for introducing airflow at two sides into the mixed airflow pipeline. The invention combines two modes of an air explosion type and an air flow sound source type to generate infrasound, and utilizes the different dynamic pressure, temperature and water vapor content of dry air flow and wet air flow to mix the dry air flow and the wet air flow through a guide plate, and the technologies of support rods arranged at equal intervals in an air flow pipeline and the like to generate high-strength infrasound. Compared with the existing infrasound generator, the infrasound generator has the characteristics of adjustable infrasound frequency and higher intensity.)

一种利用干、湿气流产生次声的装置

技术领域

本发明涉及次声发生装置技术领域，具体地说，涉及一种利用干、湿气流产生次声的装置。

背景技术

次声是频率低于20Hz的声波，根据其来源可分为自然次声(来源于火山爆发、地震、海啸等)和人工次声(来源于工业生产、交通运输、航天、航空等)。次声穿透力强、传播距离远，在众多领域得到应用，例如民用领域，次声可用于探测矿藏、检查机器隐患、除尘等；军工领域，次声被用作攻击手段等。因此，研究开发高强度次声发生器具有重要意义。

目前，已公开的产生次声的装置主要有：(1)气爆式次声发生器，其通过将压缩空气、高压蒸汽或高压燃气有控制地以脉冲式突然放出，利用高速排出气体激发周围媒质的低频振动，形成所需要的次声波，具有体积小、频率低、易控制的特点，但声波强度、能量转换效率较低，定向性能较差；(2)爆弹式次声发生器，其采用活塞或***驱动脉冲器，使压缩空气进入导管，产生次声波，或者利用***产生强次声波，但该方法中的分段引爆较难控制；(3)管式次声发生器，其利用管子中空气柱振动与管子固有频率相同的情况，产生较强的次声波；(4)扬声器式次声发生器，其采用特殊的振动膜片，通过膜片振动产生一定频率的次声波，不足之处在于膜片周长需与次声波波长相当，且转换效率低；(5)旋式次声发生器，其通过控制风扇转动频率以及动态控制风扇自转来产生次声，该方法能量转换效率较高；(6)频率差拍式次声发生器，其采用两个不同频率的声波发生器同时工作，利用它们频率差来获得次声，该方法能量转换效率高且可制成小型武器；(7)气流声源产生器，其通过一定气动过程将高压或高速气流能量转化为声能，具有效率高、功率大的特点。

设计次声发生装置需要考虑次声强度、能量转化效率、定向聚束传播、声源体积等问题。传统的次声发生器往往采用单一次声发生方法，能量转化效率低，次声强度较小。

发明内容

本发明的目的为提供一种利用干、湿气流产生次声的装置，其次声产生效率高，且便于调节次声的频率。

为了实现上述目的，本发明提供的利用干、湿气流产生次声的装置包括出风口相对设置的干气流管道和湿气流管道，在干气流管道和湿气流管道的出风口汇合处设有混合气流管道，各管道内设有等间距排列的支撑杆；干气流管道和湿气流管道的出风口设有用于将两侧气流引入混合气流管道的导流板。

上述技术方案中，结合气爆式、气流声源式两种方式产生次声，利用干、湿气流动压、温度、水汽含量不同，使干、湿两股气流通过导流板混合，气流管道中等间隔排布的支撑杆等技术产生高强度次声。相对于现有次声发声器，具有次声频率可调、强度更高的特点。

为了实现各管道中气流动压、温度、水汽含量的调节，作为优选，干气流管道沿进风口向内依次设有引风机、风速调节器、除湿器以及气流温度调节器，湿气流管道沿进风口向内依次设有引风机、风速调节器、加湿器以及气流温度调节器。

为了提高次声的辐射效率，作为优选，混合气流管道的端部设有用于提高向外辐射次声的效率的辐射号筒。

为了使干、湿气流管道中始终存在一定的气流动压差，作为优选，干气流管道和湿气流管道内，其中一个气流管道内气流速度是另一个气流管道内气流速度的至少1.5倍。

作为优选，干气流管道内相对湿度在20％以下，使干气流管道内的气流保持足够干燥；湿气流管道内相对湿度在80％以上，使湿气流管道内的气流中含有大量小液滴。干、湿气流经导流板进入混合气流管道中，由于两者气流动压不同，动压大的气流短时间内会流向动压小的气流侧，而随着动压小的气流管道中气流压力快速增加，很快气流流向发生转变，即干、湿气流在导流板顶部一定区域内周期性振荡(流动)，类似于气体活塞柱振动，产生次声，且最强次声频率与振荡频率一致。

作为优选，干气流管道的气流出口处的气流温度高于130℃，所述的湿气流管道的气流出口处的气流温度在50～80℃之间。干、湿气流经导流板进入混合气流管道中，由于干气流温度大于130℃，当其与湿气流混合时，湿气流中的小液滴被剧烈汽化，导流板顶部附近气体体积急剧增大，产生瞬时高压，在很短时间内其压力高于导流板两侧干、湿气流端压力，干、湿气流流动路径在很短时间内被阻断。由于混合气流管道顶部敞开，导流板顶部附近瞬时高压可迅速得到释放，且在引风机持续送风下，干、湿气流管道中气流压力也在增大，在很短时间内干、湿气流在导流板顶部再次混合，产生瞬时高压，这样周而复始，类似于经典的“气爆式次声器”，产生强烈次声，且次声频率与间隙性“气爆”频率一致。

作为优选，支撑杆在气流管道的同一截面上设置交叉的两根，且在管道的轴向上等间距排列。

作为优选，支撑杆的截面形状为圆形或矩形。支撑杆安装在直线形干、湿气流管道和混合气流管道内(无导流板段)，且沿管道等间隔平行布置。当气流流过周期性排列的支撑杆时，气流受到周期性调制，可产生特定频率次声。

其次，次声强度与气流速度及支撑杆材质、形状、长度有关，次声频率与周期性调制频率有关，约为气流速度与支撑杆间距之比，如气流速度为16m/s，支撑杆间距为2m，则其产生次声频率为8Hz。在对次声频率进行调节时可通过调整支撑杆的间距来实现。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明根据次声产生原理，结合气爆式次声产生方法和气流声源式次声产生方法，利用干、湿气流动压、温度、水汽含量不同，产生特定频率的高强度次声；利用气流管道中等间隔平行布置的支撑杆，对气流进行周期性调制，可有效提高特定频率次声强度；同时利用干、湿气流混合发生气爆时产生的压差，使导流板剧烈振动，该振动可通过结构传递到干、湿气流管道和混合气流管道，引起管道壁剧烈振动，辐射强烈次声，进一步提高次声强度。整个装置的次声产生效率高，且便于调节次声频率。

附图说明

图1为本发明实施例中利用干、湿气流产生次声的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中支撑杆在气流管道中的截面布置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1和图2，本实施例的利用干、湿气流产生次声的装置包括干气流管道6、湿气流管道5和混合气流管道4，干气流管道6和湿气流管道5的出风口相对设置，并通过导流板3将两管道的气流引入混合气流管道4内，干气流管道6、湿气流管道5均与混合气流管道4相连，且接口相同，导流板3位于干气流管道6、湿气流管道5与混合气流管道4交汇处。各管道内设有等间距排列的支撑杆2，混合气流管道4的端部设有辐射号筒1，辐射号筒1与混合气流管道4相连，可有效提高向外辐射次声的效率。

在干气流管道6内沿进风口向内依次设有引风机、风速调节器、除湿器以及气流温度调节器，在湿气流管道5内沿进风口向内依次设有引风机、风速调节器、加湿器以及气流温度调节器。本实施例中支撑杆2为圆柱形，直径为70mm，且在同一气流管道的横截面上包含两根呈十字交叉的支撑杆2。

本实施例中，干气流管道6、湿气流管道5中的风速调节器可通过风门调节气流速度，即改变管道中气流动压，气流速度优选10m/s以上。通过两台风速调节器，将湿气流管道5中气流速度调整到干气流管道6中气流速度的1.5倍以上，使干气流管道6和湿气流管道5中气流存在较大动压差。干气流管道6中的除湿器可有效降低气流中的水蒸气含量，保证相对湿度在20％以下。湿气流管道5中的加湿器可进一步提高气流的水汽含量，保证相对湿度在80％以上，使气流中含有大量小液滴。气流温度调节器用于提高气流温度，使干气流管道6中气流温度高于130℃，优选气流温度为150℃，使湿气流管道5中的气流温度在50～80℃之间，优选气流温度为70℃。

干、湿气流经导流板3进入混合气流管道4中，由于湿气流速度约为干气流速度的1.5倍以上，湿气流短时间内会流向干气流侧，而随着干气流管道6中气流压力快速增加，很快气流流向变为干气流流向湿气流侧，即干、湿气流在导流板3顶部一定区域内周期性振荡(流动)，类似于气体活塞柱振动，产生次声，且最强次声频率与振荡频率一致。

由于干气流温度大于130℃，当其与湿气流混合时，湿气流中的小液滴被剧烈汽化，导流板3顶部附近气体体积急剧增大，产生瞬时高压，在很短时间内其压力高于导流板3两侧干、湿气流端压力，干、湿气流流动路径在很短时间内被阻断。由于混合气流管道4顶部敞开，导流板3顶部附近瞬时高压可迅速得到释放，且在引风机持续送风下，干气流管道6、湿气流管道5中气流压力也在增大，在很短时间内干、湿气流在导流板3顶部再次混合，产生瞬时高压，这样周而复始，类似于经典的“气爆式次声器”，产生强烈次声，且次声频率与间隙性“气爆”频率一致。

当气流流过等间隔平行布置的支撑杆2时，气流受到周期性调制，可产生特定频率次声，次声强度与气流速度及支撑杆2的材质、形状、长度有关，次声频率与周期性调制频率关系满足下式：

式中，f为频率，单位为Hz；v为气流速度，单位m/s；d为平行布置支撑杆的间距，单位为m。若气流速度为16m/s，支撑杆间距为2m，则其产生次声频率为8Hz。

另外，导流板3在间隙性气爆过程中产生剧烈振动，其机理是干、湿气流混合发生气爆时，导流板3不同位置两侧存在明显压差，使导流板3发生剧烈形变，在气爆压力通过混合气流管道4顶部开口泄压后，导流板3不同位置两侧压差显著减小，导流板3形变恢复至气爆前，即在间隙性气爆过程中，导流板3剧烈振动，辐射强烈次声。导流板3振动可通过结构传递到干气流管道6、湿气流管道5和混合气流管道4，引起管道壁剧烈振动，辐射强烈次声。以上次声频率均接近间隙性气爆频率。

以上所述仅为本发明的一般实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。