Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса и постановка задачи исследования 7
1.1. Автоколебания давления при кипении в каналах; их свойства 7
1.2. Существующие представления о механизме автоколебаний при поверхностном кипении в каналах .14
1.3. Постановка задачи исследования 27
ГЛАВА 2 Методика- экспериментального исследования автоколебаний в каналах и некоторые теоретические замечания 31
2.1. Экспериментальная установка 31
2.2. Методика проведения опытов 41
2.3. Представление результатов. Погрешности измерений 47
2.4. Волны давления при пульсациях паровой фазы в канале 55
ГЛАВА 3. Основные свойства и механизм автоколебаний при кипении в каналах 64
3.1. Характерные свойства и признаки автоколебаний; их взаимосвязь с излучением звука при кипении 64
3.2. Корреляция пульсаций давления и паросодержания в канале при автоколебаниях 76
3.3. Механизм автоколебаний в канале 84
3.4. Автоколебания в канале как самовозбуждающиеся стоячие волны - ССВ. Динамика ССВ, механизм ограничения и срыва 96
3.5. Частотный спектр и структура поля ССВ ШВОда 133
ГЛАВА 4. Влияние условий кипения и параметров канала на характеристики автоколебаний 135
4.1. Влияние недогрева, скорости и давления жидкости-теплоносителя на область существования и параметры автоколебаний 136
4.2. Влияние геометрических размеров канала и материала нагревателя на характеристики автоколебаний 146
4.3. Особый случай автоколебаний при больших паросодержаниях в среде 159
Заключение 169
Литература 171
Приложение 181
- Существующие представления о механизме автоколебаний при поверхностном кипении в каналах
- Представление результатов. Погрешности измерений
- Автоколебания в канале как самовозбуждающиеся стоячие волны - ССВ. Динамика ССВ, механизм ограничения и срыва
- Влияние геометрических размеров канала и материала нагревателя на характеристики автоколебаний
Введение к работе
В связи с развитием таких областей техники, как атомная энергетика, ракетная техника, электроника СВЧ и других возникла необходимость охлаждения элементов конструкций, работающих при высоких тепловых нагрузках. Наибольшая интенсивность теплоотдачи может быть достигнута при поверхностном кипении жидкости--теплоносителя, протекающей по каналам охлаждения устройства. Однако теплообмен в таких условиях имеет особенность, которая может препятствовать его применению - он нередко сопровождается устойчивыми высокочастотными пульсациями давления в канале -/I/, имеющими характер автоколебаний (АК). Их частоты лежат в диапазоне от сотен герц до десятков килогерц, а амплитуда достигает половины значения статического давления в жидкости. Колебания с такими параметрами нарушают нормальную работу устройств, а в некоторых случаях приводят к усталостному разрушению каналов охлаждения. Все сказанное делает понятным внимание, уделяемое в последнее время исследованию свойств и механизма таких автоколебаний.
Несмотря на большое число работ, посвященных высокочастотным термоакустическим автоколебаниям в каналах с кипением, их свойства изучены недостаточно - экспериментальные результаты разных исследователей зачастую плохо согласуются между собой. Отсутствует также единая точка зрения на механизм генерации АК, а, следовательно, и научно обоснованные методы управления ими (в отличие от случаев апериодической и низкочастотной неустой-чивостей гидравлической природы в канале, способы подавления которых хорошо разработаны). Все это обусловило необходимость выполнения предлагаемой работы.
Целью работы является всестороннее экспериментальное исследование термоакустических автоколебаний при поверхностном кипении в каналах и построение физической модели явления.
В работе исследованы характерные признаки и свойства термоакустических автоколебаний в каналах с кипением; взаимосвязь автоколебаний с объемными пульсациями как отдельных пузырей пара в процессе поверхностного кипения, так и интегральной паровой фазы (паросодержания в среде). Предложена модель термоакустического механизма автоколебаний, учитывающая возмущающее влияние звукового давления на процессы испарения и конденсации при кипении. Модель обоснована результатами специальных опытов, позволивших обнаружить синхронные со звуковым давлением возмущения тепловых потоков в двухфазной среде в канале, а также найти фазовые соотношения между колебаниями различной физической природы в процессе АК. Рассмотрены причины и объяснен механизм искусственного срыва автоколебаний. Проанализированы акустические свойства двухфазной неравновесной среды при кипении с недогревом. Исследованы особенности формирования специфического кратночастотного спектра АК. Уточнено влияние условий кипения и параметров канала на характеристики автоколебаний; при этом обнаружена и исследована их разновидность, отличающаяся низкой стабильной частотой.
На защиту выносятся следующие положения:
I. Экспериментальное обнаружение возмущений теплоподвода к среде в канале и тепловыделения в ней с частотой акустических колебаний. Нахождение амплитудно-фазовых соотношений между колебаниями различной физической природы (звукового давления, объемного паросодержания и тепловых потоков в среде) в процессе АК.
Предложение и обоснование модели термоакустического механизма автоколебаний в каналах, учитывающей возмущение процесса кипения полем давления.
Определение акустических свойств неравновесной парожид-костной пузырьковой среды при кипении с недогревом, важнейшим из которых является ее активность.
Экспериментальное нахождение и объяснение взаимосвязи пространственной структуры поля давления в канале и частотного спектра автоколебаний.
Экспериментальное обнаружение и исследование низкочастотной разновидности термоакустических АК; объяснение причин ее появления.
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на IX и X Всесоюзных акустических конференциях (Москва, 1977 ИІ983 гг), на 1-м и 2-м научно-технических семинарах "Акустические методы исследования процесса кипения и гидродинамика двухфазных потоков" (Киев, 1978 и 1981 гг.), на совещании-семинаре 4 "Высокотемпературный теплообмен в динамике сплошных сред" (Ставрополь, 1978 г.), на УІ Всесоюзной конференции по тепломассообмену (Минск, 1980 г.), на научных семинарах кафедры акустики МТУ (1979 г.) и лаборатории волновых явлений ИОФАН СССР (1984 г.).
Существующие представления о механизме автоколебаний при поверхностном кипении в каналах
Большинство исследователей полагает, что первичным источником энергии автоколебаний является тепловой поток, подводимый к среде в канале. Об этом свидетельствует и распространенный термин - термоакустические АК. Определена и колебательная система - ограниченная труба (канал), заполненная парожидкостной средой. Однако относительно механизма генерации автоколебаний единства мнений нет.
Несмотря на разнообразие моделей, предложенных авторами, их можно свести к трем основным. Согласно первой, возникновение АК объясняется резонансным возбуждением стоячих волн в канале пульсациями объема пара при кипении. Две другие модели - прямой термоакустической генерации АК (из-за возмущения теплоподвода звуковым давлением) и параметрического возбуждения автоколебаний (благодаря модуляции параметра - упругости среды - в поле давления). Проанализируем предложенные модели в соответствии с этой классификацие й.
В одном из вариантов первой, наиболее распространенной, модели полагается, что стоячие волны в канале возникают за счет импульсов давления, создаваемых отдельными пузырьками пара при поверхностном кипении - такая точка зрения представлена в работах /2-10,27,41,43/. Например, вывод из /6/: "Возбудителем колебаний являются импульсы давления, которыми сопровождается процесс резкого изменения объема паровых пузырьков или во время их роста или во время конденсации (что более вероятно). Отражаясь от каких либо акустических границ, импульсы давления образуют стоячую волну давления...". Частота АК определяется одной из собственных частот канала /2-10,43/, причем "из всех возможных гармоник реализуются те, которые удовлетворяют возможности образования и разрушения паровых пузырьков" /5/ - или, иначе: "частота импульсов давления совпадает с одной из гармоник" /6/. В работах /27,41/ частота АК непосредственно связывается с частотой образования пузырей. Подчеркивается, что основной вклад вносят импульсы давления, возникающие при захлопывании пузырей - /2,4-6,41/, причем полагается, что эти импульсы могут быть рассчитаны по уравнению Рэлея /57,59/. (Отметим, что в случае акустически узких каналов последнее утверждение не справедливо - см. 2.4).
В работах /25-27,31/ возникновение АК максимального уровня и стабильности объясняется излучением не пузырей, а пульсирующих элементов паровой пленки, возникающих на поверхности нагрева при достижении критического теплового потока.
Авторы /2,4,5,43 и др./ указывают на существование обратной связи по давлению между стоячей волной и процессом пузыре-образования - переменное давление оказывает управляющее воздействие на кипение, синхронизируя образование пузырей. Этот процесс объясняется изменением режима кипения при вариации давления - при его повышении растет температура насыщения, что приводит одновременно к увеличению недогрева жидкости в ядре потока и уменьшению перегрева стенки нагревателя, в результате кипение будет подавлено. В работе /43/ канал рассматривается как АК-система с параметрической обратной связью между возбужденной волной и энергией, излучаемой паровыми пузырьками.
Во всех перечисленных работах авторы ограничились качественным описанием механизма автоколебаний.
Представленная разновидность модели явления позволяет объяснить некоторые особенности АК - например, рост их уровня с увеличением теплоподвода Q , а также скачки основной частоты АК при изменении Q . Однако, она не согласуется с экспериментальным фактом - ростом уровня АК при увеличении статического давления в канале: известно, что уровень шума кипения, вызванного излучением пузырей, при этом понижается - см. I.I.
Рассмотренный подход развит Р.Фуге в работе /II/. Им найден вид импульса давления, генерируемого одиночным пузырьком (динамика последнего считается заданной - использованы данные Гюнтера /103/), а затем спектр шума, создаваемого множеством пузырей при кипении. (При этом принят "компрессионный" механизм: канал рассматривается как малая камера с двумя отверстиями -в противоположность случаю излучения звука в безграничной среде). Возникновение автоколебаний автор объяснил появлением максимума в спектре шума - из-за некоторой периодичности в процессе пузыреобразования, назвав ее "коллективным кипением". Такая периодичность обнаружена им экспериментально (см. I.I) и объяснена в работе /II/ чисто тепловыми процессами - так, пауза в кипении рассматривается как время прогрева нагревателя после периода вскипания. Соответственно, частота АК (максимума в спектре шума) должна определяться характерными временами тепловых процессов. Таким образом, автор не учел волновой характер явлений в канале - как при определении частоты АК, так и при расчете звукового давления, создаваемого пузырьком в канале.
В последующих работах /12,13/ Р.Фуге, напротив, рассмотрел распространение звука в двухфазной среде в канале. Им введена комплексная скорость звука - таким способом учтены релаксационные процессы при вынужденных колебаниях пара в поле давления. Автор теперь указывает, что период "коллективного кипения" определяется периодом стоячей волны давления в двухфазной среде в канале и зависит от паросодержания в ней. При этом сделан вывод, что влияние релаксации при звуковых колебаниях весьма мало, поскольку их период много больше (в 5-Ю раз) среднего времени жизни X. пузырей - значения t взяты из работы /103/.
Однако, полагая механизм автоколебаний прежним - генерацией звука при "коллективном кипении" в канале - автор игнорирует тот факт, что колебания объема пара, являясь вынужденными - "следуют почти без релаксации" колебаниям давления - не могут быть одновременно их причиной.
В работах /12,13/ выполнен также расчет на ЭВМ собственных частот канала при частичном (по длине) обогреве - они оказались некратными. Большое внимание уделено возможности определения среднего паросодержания в канале акустическим методом - по измерению частоты АК.
Представление результатов. Погрешности измерений
С увеличением тепловой нагрузки Q появляется 2-й, более значительный максимум на этой кривой - собственно автоколебания; их возникновение обусловлено параметрическим резонансом. Действительно, в работах /11,14/, а также /33/ экспериментально наблюдалось глубокое возмущение паросодержания в среде, синхронное со звуковым давлением р - а это, как известно, приводит к модуляции скорости звука в среде -/57-59/. Таким образом, параметр - упругость среды (или скорость звука в ней) - испытывает периодическую модуляцию. Поскольку этот параметр входит в выражение для энергии колебаний, его возмущение может приводить к увеличению энергии. Последнее происходит в момент повышения упругости парожидкостного столба, то есть при захлопывании пузырей вслед за волной сжатия (данные киносъемки /33,40/). В волне разрежения происходит запасение энергии пузырьками пара. Оптимальное соотношение частот (1:2) выполняется для первой гармоники звукового давления р и второй гармоники 7( , присутствующей в спектре. При достаточно глубокой модуляции X возможно возбуждение высших гармоник р - при этом наблюдается линейчатый спектр АК - /33,40/. Наилучшее возбуждение автоколебаний происходит при достижении определенного паросодержания \onr , которому соответствует точка перегиба на кривой С = С СДі) , С - скорость звука в среде - /58/.
В представленной модели выделены все элементы АК-системы; важнейшей особенностью является параметрическая обратная связь по давлению. Последняя предполагает (и это проверено экспериментально) совершение полем давления работы над клапаном (паровыми пузырьками) - в противоположность рассмотренным выше моделям непосредственной генерации АК объемными пульсациями пара.
Параметрический механизм позволяет объяснить многие свойства автоколебаний - их широкий кратночастотный спектр, облегчение возбуждения в тонких каналах (при этом увеличивается глубина модуляции "\ ), а также необходимость недогрева жидкости и его влияние на область существования АК по G : при уменьшении недогрева значение достигается при меньшем тепловом потоке Q , что и приводит к смещению области АК вниз. Однако, она не объясняет положительное влияние давления Р на возбуждение АК - поскольку значение X 0hT при повышении г достигается увеличением теплоподвода. В модели недостаточно четко прослежен путь преобразования тепловой энергии в акустическую - в принципе, определенная модуляция параметра возможна и в газожидкостной среде без теплоподвода. Таким образом, параметрическая модель требует дальнейшего уточнения и развития.
Прежде всего отметим, что предметом данного исследования являются высокочастотные акустические автоколебания (АК), возникающие при поверхностном пузырьковом кипении (кипении с недог-ревом) в каналах охлаждения (трубах) различных устройств. Автоколебания, которые могут возникать в других режимах кипения -переходном и пленочном, а также в режимах конвективного теплообмена и теплообмена при сверхкритических давлениях выходят за рамки настоящей работы.
Из обзора работ следует, что существуют довольно многочисленные сведения об основных свойствах автоколебаний - области их существования, характерных частотах, максимальных амплитудах и т.д. Имеются данные и о влиянии различных условий на параметры АК. Однако многие из этих сведений не согласуются между собой - что отмечено в I.I. Некоторые свойства изучены лишь в первом приближении - так, например, есть данные о возникновении стоячих волн при возбуждении автоколебаний, но не исследована взаимосвязь спектра частот АК и пространственной структуры поля давления в канале. Влияние режимных параметров кипения определялось, в основном, на область существования АК - регистрировалось наличие или отсутствие колебаний. Зарождение и срыв АК, соотношение между периодической и шумовой составляющих в их спектре, изменение основной частоты и всего спектра внутри области существования автоколебаний изучены недостаточно.
Причина расхождения данных, а также отсутствия сведений о некоторых сторонах явления, заключается, по-видимому, в том, что исследования автоколебаний в каналах выполнялись во многих случаях на установках по изучению теплообмена, не предназначенных специально для акустических измерений (аналогичный вывод сделан в работе /16/).
Таким образом, необходимо продолжить экспериментальное исследование свойств автоколебаний. При разработке методик и конструировании установки следует уделить внимание проведению корректных акустических измерений - минимизировать уровень шумов и пульсаций, проникающих в канал по потоку жидкости, устранить влияние механических резонансов конструкции на исследуемое явление, задать четкие акустические границы канала. Кроме того, необходимо разработать и применить миниатюрные гидрофоны, мало возмущающие поток в канале и устойчивые к воздействиям влаги и повышенной температуры.
Автоколебания в канале как самовозбуждающиеся стоячие волны - ССВ. Динамика ССВ, механизм ограничения и срыва
Установка позволяла выполнять различные измерения в процессе исследования АК - акустические, оптические, тепловые, гидравлические, а также проводить комбинированные опыты - см. 1.3.
Во всех опытах было необходимо измерять, задавать и поддерживать режимные параметры кипения в канале - температуру жидкости-теплоносителя на его входе Т (или недогрев до температуры насыщения ДТн«э )» среднюю скорость потока жидкости \лг (или массовый ее расход 1 г ), давление в канале г , перегрев поверхности нагревателя относительно температуры насыщения (температурный напор) дТ , плотность теплового потока от нагревателя (тепловую нагрузку) Q . При исследовании влияния одного из указанных параметров на характеристики АК задавался шаг его изменения - равномерный или экспоненциально нарастающий. В остальных опытах измерения проводились, как правило, при нескольких определенных сочетаниях значений Р , ІіГ , дТНвэ ( I ж ) - для возможности сопоставления результатов различных опытов. С этой же целью в большинстве случаев использовались канал и нагреватель неизменных размеров и материала.
Приборы, использованные для измерения указанных величин, перечислены в 2.1. Отметим, что при измерении Р учитывалось значение атмосферного давления; значения /ЬУ И ДТ определялись по показаниям приборов (соответственно, дифманометра и вольтметра-амперметра) в соответствии с градуировочными кривыми. В последнем случае нагреватель являлся термометром сопротивления (применялись тонкостенные никелевые трубки). Значение О находилось как отношение электрической мощности, подводимой к нагревателю, к его поверхности. Для уменьшения погрешности измерения напряжения на последнем использовались потенциальные электрические выводы от его концов - что особенно существенно для коротких нагревателей с длинными присоединенными участками.
Акустическим измерениям уделялось особое внимание. В большинстве опытов измерялось абсолютное значение звукового давления. Для этого гидрофоны предварительно градуировались и периодически поверялись. Разработанные экспрес-методики градуировки и поверки описаны в работе / 80 /. Чувствительность и амплитудно-частотные характеристики датчиков определялись путем сравнения с эталонным гидрофоном в активной малой камере. Методики в целом соответствуют рекомендациям и ГОСТУ - / 78, 79 /.
Перед проведением опытов измерительные приборы калибровались. Для предотвращения перегрузки усилительного тракта и получения максимального соотношения сигнал/помеха входной аттенюатор гидрофонного усилителя (типа У7-2) перестраивался в процессе опыта. Это было необходимо, поскольку динамический диапазон акустического сигнала АК превышал 60 дБ (при изменении условий кипения - см. гл.4) - что значительно шире диапазона самого усилителя.
Автоматическая запись спектра частот АК ( 3.1) осуществлялась с помощью анализатора спектра типа С5-3 (С4-44), механически перестраиваемого от мотора самописца типа Н-ІІ0. Запись осуществлялась в логарифмическом масштабе уровней; предварительно проверялось соответствие динамического диапазона спектра и входного устройства самописца. Полоса пропускания анализатора выбрана широкой (200 Гц) из следующих соображений: уменьшения времени записи (около 3 мин. в диапазоне 0 20 кГц) и снижения влияния на запись частотных флуктуации АК - что особенно существенно для высших гармоник в спектре. Для уменьшения влияния амплитудных флуктуации, скорость перемещения пера ограничивалась значением 20 см/с. В этих опытах электрический ток через нагреватель дополнительно фильтровался (см. 2.1), что заметно уменьшало нежелательную амплитудно-частотную модуляцию сигнала АК с частотой пульсаций выпрямителя. Запись спектра проводилась при расположении гидрофона в центре канала.
Измерение интегрального уровня звукового давления В проводилось с помощью квадратичного вольтметра (шумомера) прибора C6-I, поскольку сигнал АК существенно несинусоидален. Измерение уровня главного максимума (или первой гармоники) в спектре АК р4 и его частоты Х выполнялись с помощью анализатора С5-3 после ручной настройки его на этот максимум. Таким способом снимались зависимости р , й , от тепловой нагрузки Q в различных условиях - гл.4. При этих измерениях постоянные времени индикаторов приборов C6-I и С5-3 были увеличены подключением дополнительных конденсаторов. Такая мера значительно уменьшила флуктуации показаний из-за нестационарности процесса АК и повы— сила точность отсчета. С этой же целью анализатор работал в режиме "широкая полоса". Указанные зависимости измерялись при расположении гидрофона также в центре канала.
При исследовании структуры поля давления в канале на частотах различных гармоник в спектре АК, анализатор настраивался на выбранную гармонику; отсчет его показаний производился при перемещении гидрофона вдоль канала. Процедура повторялась для каждой гармоники, а в некоторых случаях - и для интегрального уровня - /86/.
Электронный частотомер применялся для оперативной оценки основной частоты развитых АК. Он не обеспечивал необходимой точности в случае колебаний с нестабильной амплитудой и шумовой составляющей. Слуховой контроль сигнала гидрофона с помощью громкоговорителя служил (наряду с осциллографическим) для определения характера звуковых колебаний. Кроме того, он позволял непрерывно следить за стабильностью параметров АК в процессе проведения различных измерений.
Влияние геометрических размеров канала и материала нагревателя на характеристики автоколебаний
Отметим, что в обоих рассмотренных случаях звук излучается на протяжении всего периода "жизни" пузырька, а не только при его захлопывании, как нередко полагают - см. 1.2.
Из выражения 2.2 следует, что переменное давление, создаваемое пузырем в узкой трубе, пропорционально скорости изменения его объема. Соответственно, мгновенный поток мощности излучения W Р V имеет чисто активный характер, а работа пузырька /) = J р dV существенно положительна - в отличие от случая широкой трубы, в которой при тех же пульсациях пузырька излучается, в основном, реактивная мощность, а совершаемая за время Т работа относительно мала. Другими словами, при объемных пульсациях пузырей в узкой трубе отсутствует влияние присоединенной массы жидкости, ответственной за инерционные (реактивные) эффекты -/70/.
Из сказанного следуют важные выводы. Во-первых, в трубе невозможны резонансные пульсации паровых или газовых пузырьков в диапазоне частот, для которых она является узкой, то есть при
Так, в канале диаметром 10 мм, заполненном водой, верхней границей этого диапазона является частота 150 кГц. Во-вторых, при анализе динамики парового пузыря в процессе поверхностного кипения в канале неправомерно использовать соотношения типа уравнения Рэлея, учитывающие инерцию окружающей пузырь жидкости (их следствием является формула 2.1) - как это сделано в работах /103, 104/, а также принято в некоторых работах по исследованию АК - см. 1.2. Учитывая, что динамика пузырей при поверхностном кипении практически одинакова как в каналах, так и в большом объеме, можно заключить, что она определяется, в основном, тепловыми процессами.
Условие узости трубы для реальных каналов, как правило, выполняется: так, полагая Т = 0,2 мс, С0 = 1,5 км/с, получим 3 0,3 м. (Исключения могут иметь место, например, при очень больших паросодержаниях в среде, когда скорость звука в ней в 10 -г 20 раз меньше). Выполняется также условие малости числа Маха для движения стенки пузыря при кипении - согласно оценкам М = V /co 4 Ю , то есть излучение звука происходит по законам линейной акустики.
Импульс звукового давления, излучаемый пузырем при поверхностном кипении в канале, в соответствии с формулой 2.2, должен состоять из двух полуволн - сжатия в момент роста пузыря и разрежения при его конденсации. Такую зависимость р ("О можно ап-роксимировать, в первом приближении, отрезком синусоиды длиной в один период р р0 $Ы (2.я4/т) , 0 " 4 Т . Экспериментальное определение характера излучения звука одиночным пузырьком при кипении в канале выполнено в работе /87/ - в опыте одновременно регистрировались кривая изменения диаметра пузыря и импульс давления, создаваемого им в канале. Полученные результаты хорошо согласуются с оценкой, сделанной по формуле 2.2.
В случае трубы конечной длины L следует учитывать влияние отраженных от ее концов волн. Реальные каналы имеют, как правило, акустически мягкие границы - благодаря скачкообразному увеличению сечения на концах. Звуковой импульс, приходящий по каналу, отражается от них с изменением полярности; акустическое давление на границах близко к нулю. Ограничимся рассмотрением только этого случая.
Наличие границ приводит к тому, что труба становится резонатором со спектром собственных частот тп= r\c/2.L / 70 /. Спектр же одиночного импульса в виде отрезка синусоиды (о котором говорилось выше) является сплошным в диапазоне частот Q {g 2fc с максимумом на частоте gmw- 4/ / 3 /. Поэтому одиночный пузырь при кипении возбуждает в трубе колебания на ее собственных частотах Тп , попадающих в указанный интервал, причем наилучший эффект достигается при выполнении условия т - 1/Т (см. также / 39 /). При этом в трубе возникают колебания на частоте главной моды, которые затухают со временем из-за потерь. Иначе этот случай можно объяснить так: если пузырь находится в середине трубы, то отраженные от ее концов "перевернутые" импульсы суммируются в фазе с излученным и дополняют его - при многократном отражении возникают почти синусоидальные колебания. Таким образом, имеет место своеобразный резонанс. В случае, если пузырь находится ближе к концу канала, эффективность возбуждения колебаний уменьшается, так как суммируются не синфазные колебания.
При развитом поверхностном кипении, когда одновременно существует множество некоррелированных между собой пузырей с большим разбросом параметров Т и ftо , их акустические импульсы многократно рассеиваются на других пузырях и суммируются с произвольными фазами. Эффективность излучения каждого из них при этом падает из-за уменьшения скорости звука в среде (см.формулу 2.2). Кроме того, растет поглощение - этот эффект, возникающий одновременно с рассеянием, весьма значителен, поскольку в канале распространяется плоская волна вдоль кипящего слоя. В связи с этим резко падает добротность канала как резонатора, а, следовательно, и эффективность его резонансного возбуждения отдельными импульсами. Акустический сигнал приобретает характер широкополосного шума.
Перейдем ко второму случаю. В обзоре ( І.І) отмечалось, что при автоколебаниях наблюдаются синхронные с ними пульсации суммарного объема пара в канале. Не останавливаясь пока на природе этого явления, рассмотрим возможные последствия пульсаций - а именно: характер возбуждаемого ими звукового поля в канале.
В принципе, все изложенное выше для одиночного пузыря остается справедливым и для интегрального элемента паровой фазы, состоящего из множества пузырей, если он по какой-либо причине изменяет свой объем V . Причем пузыри, образующие этот элемент, могут быть некоррелированы между собой - то есть возникать и захлопываться в произвольные моменты времени. Необходимо лишь, чтобы линейные размеры этого элемента были.малы по сравнению с длиной излучаемой волны Я . Следует также учитывать уменьшение скорости звука в среде при увеличении объемного па-росодержания в ней.
