超声空化影响因素的数值模拟研究

在超声空化理论基础上,应用Matlab语言,对影响超声空化的各种液体物理参数及声场参数等进行了数值模拟,分析了空化泡崩溃时间与崩溃时泡内最高温度和最大压力的关系.结果表明,空化泡初始半径越大,需要的阈值声压越小;较低的温度和较低的超声波频率能使空化泡产生变得容易;声压幅值较高的超声波能使空化泡运动加剧;空化泡崩溃所用时间随空化泡内蒸汽压增大而变长;空化泡发生崩溃瞬间泡内的最高温度随气体比热比的增加线性增大,崩溃时泡内最大压力随气体比热比增大而减小.这为超声空化效应的研究和实际应用提供了基础理论依据.     

超声对水中双酚A的降解动力学及影响因素

采用800kHz频率的超声对双酚A(BPA)的降解效果和动力学规律进行研究.通过投加不同的物质(如叔丁醇、H2O2、腐殖酸)和向水中曝气等,考察不同因素对超声降解BPA的影响.结果表明,超声对BPA的降解过程符合准一级动力学,其降解速率随BPA初始浓度的增加而降低.投加叔丁醇明显抑制BPA的降解,证明BPA的降解途径主要是羟基自由基(.OH)氧化.当投加H2O2浓度为0.1mmol.L-1时,能将BPA的降解速率提高32%;随着H2O2投加量的进一步增加,与BPA的摩尔比>200时,降解速率不升反降.溶液中存在腐殖酸会同BPA竞争.OH,并随着腐殖酸浓度的增加,BPA的降解速率下降.额外曝气会干扰BPA分子靠近空化泡界面,阻碍与.OH的反应,不利于BPA的降解.     

镁合金熔体中超声空化泡行为的数值模拟

以超声空化理论为基础,应用Matlab软件对Rayleigh-Plesset方程进行了数值模拟计算,主要研究了不同超声条件(超声频率、声压幅值和空化泡初始平衡半径)对镁合金熔体中空化泡行为的影响,并且探讨了声压幅值和熔体主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响.结果表明,较低的超声频率和熔体主体温度、较高的声压幅值以及小于或等于共振尺寸的空化泡初始平衡半径有利于超声空化效应.     

单双泡空化噪声计算分析

基于由单双泡动力学方程和Lighthill方程创建起来的单双泡空化噪声模型,通过Matlab语言编程计算,分析了水中空化泡的初始半径、双泡间距、声压幅值、超声频率、双频超声等因素对空化噪声的影响.计算及分析结果表明:在相同的初始条件下,单双泡的空化噪声曲线有不同的形态,双泡产生的空化噪声远大于单泡;对于单泡,空化泡的初始半径、声压幅值、超声频率、双频超声对空化噪声均有影响,其中空化泡初始半径和声压幅值的影响最为显著,在双频条件下,两声压分量幅值相等时单泡空化噪声达到最大.对于双泡,初始半径和声压幅值对空化噪声影响很大,而超声频率和双频超声对空化噪声的影响几乎可以忽略.     

超声空化气泡运动方程的求解及过程模拟

考虑液相的动力粘度、表面张力和溶剂的蒸气压对空化泡运动特性的影响,建立了超声作用于均相液体中空化泡运动的动力学模型,并用MATLAB工具对建立的普遍化的模型方程进行了数值求解和过程模拟.探讨了超声在水介质中传播时超声的频率、功率和空化泡的初始平衡半径对空化泡运动规律的影响以及声压幅值和液相主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响,为超声的空化效应在化工过程中的研究和应用提供了基础理论依据.     

空化射流处理有机废水的机理

空化射流是一种处理效率高、操作简单的有机废水处理新技术,主要利用空泡溃灭时产生的局部高温高压降解有机物,能量利用率比超声空化处理更高.综述了空化射流的机理,然后从自由基反应、直接热分解和超临界水氧化三方面对其处理有机废水的机理进行了探讨,并分析了喷嘴结构、射流空化数、泵压和围压以及有机废水理化性质对空化效应的影响.     

超声珩磨作用下磨削液空化泡的共振频率

为揭示超声珩磨加工过程中磨削液空化泡的共振特性,首先利用VHX-600ESO显微镜对油石表面的磨削液进行了微观测量试验,得到了共振状态下的空化泡.基于空化泡的动力学理论,推导出了超声珩磨作用下磨削液中空化泡的共振频率方程.数值模拟了水和煤油中空化泡初始半径、磨削液静压力、气泡内含气压、磨削液温度对空化泡共振频率的影响.通过讨论磨削液中空化泡的振动位移,验证了超声频率与空化泡共振频率的匹配关系.结果表明,水中的空化泡要比煤油中更容易发生共振,这是导致粗珩选择水溶液而精珩选择煤油的一个重要原因.      

泡群内气泡振动特性分析

本文从均匀球状泡群内气泡非线性振动方程出发分析了驱动声压幅值、声波频率和液体环境对空化气泡振动特性的影响.数值分析结果表明:超声波驱动下的非线性振动气泡存在不稳定响应区,不稳定响应区主要分布在声波频率小于5 0 kHz的低频区和平衡半径小于1 0μm的微泡尺寸范围;平衡半径为3μm左右的空化微泡有较强的声响应能力和不稳定性,在特定的液体和声环境中,极易受到扰动生长为平衡半径更大的气泡;驱动声波频率一定的情况下,随着驱动声波压力的增加,气泡的非线性共振频率降低,声场中气泡的共振尺寸减小;平衡半径大的气泡空化阈值低,更容易引起空化效应.液体内溶解气体浓度影响空化进程以及空化声压阈值,溶解气体浓度越低空化阈值越高.     

超临界CO2流体中空化泡共振频率的分析

为了探索超声强化超临界CO2流体中空化泡的共振频率特性,根据Rayleigh-Plesset方程推导出了空化泡共振频率随空化泡初始半径、流体压力和温度的变化规律.结果表明:超临界CO2流体中空化泡的共振频率随空化泡的初始半径增大而减小;随流体压力的增大先减小后增大,在流体压力约为18 MPa时达到最低值;并随流体温度的升高而增大.在相同的初始半径下,超临界CO2流体中空化泡的自然共振频率高于其在水中的自然共振频率.超声波频率与空化泡的自然共振频率相近时,空化泡在一个声周期内崩溃所需的声压最低.     

地下水中三氯乙烯共代谢规律

三氯乙烯(TCE)是地下水和土壤中最主要的污染物之一,它在生长基质存在下可被共代谢降解.作者建立了TCE共代谢数学模型,即修改的Michaelis Menten动力学方程,并通过最小二乘法拟合得到最佳模型参数;研究了在不同TCE和甲苯浓度及不同温度下,TCE和甲苯的共代谢降解规律.结果表明:TCE与甲苯初始浓度比为1∶23、1∶115和1∶230时,最终分别有60%、95.44%和64.3%的TCE被降解;当TCE浓度由1.464mg/L增加到488mg/L时,TCE降解程度由80%降为22%,甲苯由98.4%降为37%;温度增加使TCE降解滞后期由22h减为7.5h.     

脉冲介质阻挡放电降解三氯乙烯的研究

研究了不同操作条件下脉冲介质阻挡放电等离子体对三氯乙烯的降解效果,通过红外分析探讨了降解的反应历程.结果表明:当载气为N2时,脉冲介质通过阻挡放电等离子体可实现三氯乙烯的有效降解,降解率随放电参数及气体流量的变化而变化,在保证体系能量效率最大的基础上可获得三氯乙烯降解的最佳处理条件,即输入电压25 V、脉冲频率500 Hz、脉冲占空比50％、放电间隙5 mm、气体流量300 mL/min;当载气中含O2时,三氯乙烯的降解率随输入电压的变化而变化,即输入电压小于25 V时,三氯乙烯降解率随O2的增加而提高,输入电压大于25 V时,三氯乙烯降解率随O2的增加而下降.三氯乙烯降解过程中会产生CHCl2 COCl、CCl3-CN或ClCH2CH2NH2,终产物中除含有HCl、CO2和CO外,还含有COCl2.     

基于有限元及有限差分法的超声空化场模拟

基于Commander和Prosperetti的理论,考虑大功率超声场中空化泡作用的阻尼效应,计算了常见矩形槽体内的超声空化场. 为了使计算更接近实际情况,模型的声源边界条件利用通用有限元软件得出. 计算结果与铝箔腐蚀实验结果进行了比较,两结果是一致的. 这对于掌握不同超声场的声场特性和设计高效的超声液体处理设备均具有重要的指导意义.     

超声波降解吲哚废水的实验研究

研究了吲哚模拟废水在超声波作用下的降解, 并对超声波与电化学协同作用下吲哚的降解规律进行了初步探讨. 考察了废水初始浓度、pH值、处理时间、超声功率、外加催化剂以及声电协同作用下电流密度等因素对吲哚降解的影响. 结果表明, 超声处理吲哚的降解规律符合一级反应; 处理时间越长, 降解率越大; 吲哚初始浓度较低时, 降解率较大; 随着 pH值的增大, 降解率先增大后减小, 在 pH=8左右降解率最大; 降解率随超声功率的增大而增大, 在120 W时达最大值, 随后降低; 加入1 .5 mmol/L H2O2, 对吲哚的降解有较大的促进作用. 在超声波存在下, 电解电流在1 0~2. 2 A范围内, 降解率随电流先增大后减少, 电流为1. 9 A时, 降解率达最大值; 声电化协同作用能提高吲哚的降解率.     

超声协同纳米TiO_2光催化降解活性染科的初步研究

将超声氧化与多相光催化技术相结合并且用于活性染料的降解，实验发现超声增强光催化技术可以有效降解该活性染料，而且在超声增强光催化体系中存在较强的协同催化降解作用，     

超声-Fenton试剂联合降解水中十二烷基苯磺酸钠的研究

采用功率超声与Fenton试剂联合的新方法降解水中十二烷基苯磺酸钠(SDBS)．实验研究了超声反应时间、硫酸亚铁用量、氧化剂H202用量和初始溶液pH值等因素对降解效果的影响．结果表明：在超声波频率59kHz、功率45W、反应时间45min、溶液起始pH值3、硫酸亚铁和双氧水质量浓度分别为0．65g／L和1．2g／L的最佳降解条件下,SDBS的降解率可达80％,说明超声-Fenton试剂联合法是一种有效降解SDBS的方法．     

基于COMSOL的波纹管孔道压浆缺陷仿真分析

通过超声波信号检测波纹管孔道压浆密实度,运用COMSOL Multiphysics软件对有无空气泡缺陷及不同空气泡缺陷位置的4种模型进行了仿真．研究了4种模型对接收透射信号时域波形及频谱的影响及不同模型对接收信号能量的影响．结果表明,在无缺陷的钢绞线模型中,超声波能量主要集中在钢绞线的中后方;在有缺陷钢绞线模型中,超声波能量主要集中在空气泡缺陷的左方．换能器接收到的无缺陷模型信号的时频域幅值远大于有缺陷模型的幅值,不同位置处的空气泡缺陷模型接收的时频域信号幅值相差不大,该方法可以有效地判断出孔道中有无缺陷．     

Sonoluminescence from non-aqueous liquids

Our understanding of the chemical effects of high-intensity ultrasonic irradiation of liquids is still quite limited. It is generally accepted that sonochemistry results from acoustic cavitation: the creation, growth, and implosive collapse of bubbles in ultrasonically irradiated liquids. The mechanism of sonoluminescence in aqueous systems has been a matter of some dispute; recent discussions have suggested at least three possible origins: black-body emission, chemiluminescence from radical recombination, and electric discharge. Few studies of non-aqueous sonoluminescence, however, have been conducted. We present here the first spectrally resolved sonoluminescence spectra from hydrocarbon and halocarbon liquids. These spectra originate unambiguously from excited-state molecules created during acoustic cavitation. These high-energy species probably result from the recombination of radical and atomic species generated during the high temperatures and pressures of cavitation.     

超声激活血卟啉对S180肿瘤细胞膜脂的影响

通过应用TBA法、比色法和荧光偏振法研究腹水型S180细胞在超声激活血卟啉处理后膜脂质过氧化程度,游离脂肪酸含量和膜流动性,探讨声动力疗法对腹水瘤膜脂结构和功能的作用以及声动力抑癌作用的生物学机制.研究结果显示,单纯超声可使肿瘤细胞膜脂质过氧化,磷脂降解而降低膜流动性.超声结合血卟啉显著增强单纯超声的作用,单纯血卟啉无作用.声动力疗法处理后,膜流动性的下降与脂质过氧化和磷脂降解呈显著相关,且与磷脂降解关系更为密切.分析得出,声动力疗法能使肿瘤细胞膜脂质过氧化程度明显升高,磷脂降解加剧,显著降低膜流动性,从而影响细胞正常代谢,抑制肿瘤细胞的恶性增殖.     

超声方法检测感光乳胶中气泡的实验研究及检测装置

本文介绍检测感光乳胶中气泡的实验研究及检测装置的原型.由于不能使用通常的光学方法,故采用超声方法是合适的.而其中又以非多普勒方法更为简单与费用低廉.实验结果表明,所设计的装置能可靠地检测直径小至0.2亳米的气泡,极少漏报与虚警.