【技术领域】本发明属于流体力学、气泡动力学、传热学领域，涉及一种核态池沸腾降噪减振节能的方法。
背景技术：
核态池沸腾是具有重要工业应用的换热过程，在这一过程中，由于气泡的成核、生长、合并、破裂等一系列复杂过程，产生空化噪音。这一现象首先给环境带来噪音污染；其次，产生机械振动，给设备造成安全隐患；另外，在传热方面，由于光滑壁面传热表面积的限制，不利于快速导热。目前，就这一问题未有有效解决方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种核态池沸腾降噪减振节能的方法，该方法利用多孔材料的特性，能够有效吸噪降噪，减振，增加换热表面积，强化传热，缩短加热时间。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种核态池沸腾降噪减振节能的方法，包括以下步骤：1)测定不同孔隙率P的多孔材料在不同频率范围的吸声系数α；2)测定多孔材料在沸腾池液体中的导热系数λ1；3)测定核态沸腾噪声，测定环境噪声，运用环境噪声对沸腾噪声进行修正，并得到噪声的频率分析图，得到最大噪声声压I及其频率，测量测试点与噪声源距离R；4)测定核态沸腾的导热系数λ2和核态沸腾换热面积S；5)根据用户对节能和降噪的需求，选取节能影响因子A1和吸声影响因子A2；6)将噪声与热能化为同一量纲，即q＝A1S(λ1-λ2)Δt+A2α1*4πR2(1)将吸声系数α、导热系数λ1以及孔隙率P带入式(1)，由：q·(P)=0]]>q··(P)<0]]>确定多孔材料参数，选取对应孔隙率的多孔材料；7)将步骤6)选取的多孔材料固定于沸腾池底部，使其与加热面紧密接触，测量此时核态沸腾噪声与沸腾导热系数；8)若此时降噪与节能效果符合用户需求，则结束；若不符合要求重复步骤5)～7)，直至满足用户需求为止。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过测定多孔材料的吸声系数与导热系数，用户选取个性化参数，选择合适的多孔材料加入沸腾池底部，利用其丰富的孔隙结构，有效降低噪声，吸噪减振，强化传热，节能减排。本发明将多孔材料加入沸腾池中，使其与底部加热表面紧密接触。基于多孔材料表面特性，降低沸腾气泡与壁面接触角，减少气泡脱离直径，从而降低沸腾时的空化噪音；基于多孔材料丰富的孔隙，通过声波振动的反射，将振动的机械能转化为热能，从而减振吸噪；基于多孔材料复杂内部结构，增加气化核心，增强扰动，强化传热，从而节能减排。【附图说明】图1是本发明的流程图；图2是本发明实施例的实验结果图。【具体实施方式】下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参见图1，本发明包括以下步骤：A.测定多孔材料在不同频率范围的吸声系数α。在进行测试时需遵守规范，所测试的频率为250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、6000Hz、10000HZ七个频率。得到不同孔隙率P的多孔材料在不同频率下的吸声系数。B.测定多孔材料在沸腾池液体中的导热系数λ1。C.测定核态沸腾噪声Lp，测定环境噪声运用环境噪声对沸腾噪声进行修正，并得到噪声的频率分析图。真实核态沸腾噪声需经环境噪声修正，即Lp1=Lp-10log(1+10Lp1-Lp210)---(2)]]>由频谱图得最大噪声声压I及其频率，测量测试点与噪声源距离R。D.测定核态沸腾的导热系数λ2和核态沸腾换热面积S。F.根据用户对于节能降噪两方面的不同需求，选取节能，吸声影响因子A1、A2。G.将噪声与热能化为同一量纲，即：q＝A1S(λ1-λ2)Δt+A2αI*4πR2(3)将吸声系数α，导热系数λ1与孔隙率P带入式(3)。由：q·(P)=0---(4)]]>q··(P)<0---(5)]]>确定多孔材料参数，选取对应孔隙率的多孔材料。H.将多孔材料固定于沸腾池底部，使其与加热面紧密接触，测量此时核态沸腾噪声与沸腾导热系数。I.若此时降噪节能效果符合用户需求及结束，若不符合要求可重复F、G、H过程，直至满足为止。如图2所示，实施本方法的吸声降噪综合值达到2.63dB，不同时间降噪效果不同，最高可达11.0d，且加热时间缩短了5％。通过对上述实验所得噪声数据与沸腾所需时间的统计与分析可得多孔材料能有效降低核态池沸腾中的空化噪音，缩短加热时间，节能减排。本发明的原理：降噪方面：气泡在加热面上成核、生长，在多种作用力的影响下脱离加热面进入水中。在气泡脱离的临界情况下，可近似认为气泡的浮力与表面张力这一对主要作用力相互平衡。于是可得Fritz公式：Db=0.0208Hσ/[g(ρ1-ρv)]---(6)]]>式(6)中Db为气泡脱离直径，H为气泡与壁面接触角，σ为表明张力，ρ1、ρv分别为气体与液体密度，g为重力加速度。式(6)中气泡脱离直径Db随气泡与壁面接触角H增大而增大。在光滑加热面上，气泡与加热面接触角一般大于90°。然而，当加热面与多孔材料紧密接触时，多孔材料与加热面之间的导热系数远大于加热面与水的导热系数，加热面的热量通过多孔材料传入液相。相比光滑加热面而言，后者使得气泡成核，脱落于多孔材料之上。多孔材料表面较光滑加热表面复杂，气泡脱离易受多孔材料结构影响，导致直径较大的气泡破碎，形成较小气泡。且气泡与壁面接触角H小于光滑加热面接触角，以至于气泡脱离直径较小。空化噪音来源于气泡破裂，根据广义Lighthill方程，忽略环境量的空间变化，可将Lighthill方程变换成流体中声源的声压方程：▿2p-c02∂2p∂t2=-∂q∂t+▿f-∂2σ∂x∂y---(7)]]>式(7)中，为哈密顿算子，p为空化噪声声压，t为时间，x、y为位置，c0为水的声速，为流体单位体积内的质量脉动率，f为作用在单位体积流体的所有外部机械力的净力，σ为流体的张力。空化过程基本属于一个单极子噪声源，可忽略后两项，且空化气泡可近似看作球形。由上式可得空化噪声的声压表达式：p(r,t)=ρr[R··(t)R2(t)+2R·2(t)R(t)]---(8)]]>式(8)中，p(r,t)为空化噪声声压，r为测点与空化气泡之间距离，t为时间，R为空化气泡半径，ρ为气泡密度，为R对时间的二次导数与一次导数。由公式可得空化噪声声压p(r,t)与空化气泡半径R成正比。由此可见，采用多孔材料加热面的气泡脱离直径比光滑加热面小，则加入多孔材料加热面的空话噪声比光滑加热面小。因此通过降低气泡脱离直径可达到降低空化噪音的效果。减振方面：由于多孔材料内部结构较为复杂，孔隙曲折，当振动与声波在多孔材料中传播时，声波与壁面发生多次反射。由于壁面的摩擦力与流体的粘性力，导致声波的振动机械能转化为热能，从而起到了吸噪降噪的作用。节能方面首先，由于加热面的热量需通过多孔材料传递，等于扩大了加热表面积，强化了传热；其次，核态沸腾的传热系数很大程度上取决于汽化核心的数量，多孔材料的多孔表面较光滑加热面而言，汽化核心大大增加，强化了核态沸腾传热；另外，多孔材料内部结构复杂，流体在流经多孔材料时，局部扰动剧烈，形成涡流，湍动度上升，从而促进了多孔材料与流体的对流换热。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。