水听器法测量功率超声振动珩磨空化声场分布

为了直接、简便地研究功率超声振动珩磨作用下的空化效应,对其声场建立数学模型,采用水听器对功率超声振动空化声场参数进行了定点测量,对数学模型所得到的仿真结果进行验证。为了研究流体介质中超声空化声场的分布情况,采用水听器法对不同功率与不同种类液体介质中的辐射超声场进行了多点声压测量。通过对比试验数据分析发现,声波沿换能器截面方向成对称分布,沿换能器轴向方向随距离的增加而衰减;不同种类的液体介质也会影响声压的分布以及空化效应的强弱。该方法可以直观的评价超声振动珩磨作用下的空化声场的强度和分布情况,对后续研究超声珩磨的空化泡动力学行为以及对超声振动珩磨装置的优化设计具有一定的实际应用价值。     

液体表面张力对气泡声散射的影响

气泡在液体中受液体的表面张力和液体静态压力相当的情况下,研究了表面张力对气泡声散射的影响.建立球形气泡表面的速度和压力连续性方程,并在方程中引入气泡受液体表面张力的影响,求出了气泡在对称振动模式下的散射系数及散射声功率,并进一步推导了在多气泡的情况下的等效入射声场.通过数值分析发现,当球形气泡在液体中受液体的表面张力和液体静态压力相当时,球形气泡的半径约为10^-6m,在此情况下,液体表面张力对气泡声散射的影响只在驱动声场的角频率小于10^5rad/s时才能表现出来,并且在多气泡的情况下对等效入射声场的等效声压振幅会产生较大影响.而在驱动声场的角频率大于10^5rad/s的情况下,液体表面张力对气泡的散射系数、散射声功率及等效入射声场声压振幅的影响不明显.对于气泡的声散射问题,气泡受液体表面张力的影响需根据所研究的具体问题进行取舍.     

强磁场对镓流体中气泡振动的阻尼效应

基于磁流体动力学,忽略流体磁化效应,建立了有限幅度超声场驱动下均匀磁场环境中气泡的动力学方程,并数值模拟了镓流体中磁场、表面张力、静态压及黏性力对气泡运动的影响,同时基于能量关系分析了磁场对气泡能产生有效抑制作用的理论下限.结果表明:强磁场对气泡振动具有阻尼效应,尤其对气泡的小振幅回弹振动具有强阻尼作用,与表面张力、静态压及黏性力作用相比,磁场作用和黏性力作用类似,可认为,磁场主要通过改变黏性力影响气泡的运动状态;另外,磁场能对镓流体中气泡振动产生有效抑制效应的下限约为0.5T,与数值计算结果一致,即在实验室常用磁感应强度条件下,磁场对气泡振动影响微弱,只有在强磁场(大于0.5T)条件下,对气泡振动的阻尼效应比较明显.     

超声声场中气泡的锥状聚集现象

从非线性KZK（khokhlov—zabolotskaya-kuznetsov）方程出发，利用分离变量法，得到了换能器的声场分布表达式和声场分布图．结果表明，当轴向距离大于瑞利距离时，声压随距离增加逐渐减小到某一极限值，近似为平面波．声场中气泡锥状聚集主要发生区域是声压较大且呈现梯度的区域，气泡脉动影响声场分布，气泡间的Bjerknes力作用对气泡在高声压区的分布有调节作用，从而可引起声场出现锥状气泡结构现象．     

有限深度液体中气泡的破碎条件

针对球形气泡在有限深度液体内的运动过程，建立了气泡壁初始运动导致气泡破碎的数理模型．该模型综合考虑了流体黏性力、气泡壁初始速度、有限液面高度等因素，是传统R-P方程的一种改进．研究发现气泡临界破碎条件与液体高度、气泡壁初始速度等因素密切相关，随着液体深度的增大，气泡更容易破碎．当液体深度大于气泡半径的100倍以上时，液体深度对气泡破碎临界条件几乎无影响，此时可以近似认为气泡位于无穷深液体中．当气泡壁初始速度为0时，气泡不容易破碎；当气泡具有初始收缩速度时，气泡最容易破碎．通过分析得到了气泡壁初始速度为0时的临界破碎准则预测式，并与其他文献的结果进行了比较．     

含尘气泡形变及相互作用对颗粒脱除率的影响

基于流体体积-离散相模型(VOF-DPM)耦合方法,研究了初始静止液体中含尘单气泡和并行含尘双气泡的上升过程及其形变和相互作用对颗粒脱除率的影响.结果表明,上升气泡形变对固体颗粒的脱除具有增强作用,不同粒径颗粒在不同尺寸气泡中的脱除率差异明显.不同尺寸并行双气泡在上升过程中的相互作用对颗粒脱除的影响存在差异,8?～10...     

利用激光测量气体微小扩散量的研究

在油压系统中,存在于工作液体中的气泡、压力的变化特别是突然的变化等有时会导致系统不能继续正常地运转,甚至产生破坏.气体与液体之间的扩散是使得液体中的气泡生长及压力变化的主要物理现象.因此有必要研究气体—液体之间的扩散特性.提出了一种使用激光干涉法和U型管相结合,对气体体积的非常微小的变化进行测量的方法.对于气体—液体,气体—液体—橡胶组成的体系的扩散量分别进行了测量.为了验证此种方法的精确程度,推导出了从理论上计算气体扩散的计算方法.测量结果与计算值都能很好地吻合.实验结果上验证了橡胶层的存在对气体的扩散量将会产生一定的影响.     

声场中气泡界面稳定性研究

声致空化广泛应用于表面清洁、生物成像和材料合成等领域,气泡的界面稳定性对空化作用效果有重要影响.考虑液体黏性和表面张力的影响,采用扰动法获得气泡径向运动控制方程的解析解,建立单/双频激振声场中气泡界面稳定性预测模型并求解,获得气泡振荡的临界半径.当气泡初始平衡半径小于临界半径时,气泡界面保持稳定;大于临界半径时,气泡界面失稳.在单频激振声场中,低频激振下气泡界面失稳的低阶临界半径在其共振半径附近,高阶临界半径不受频率影响,与同阶的高频激振下临界半径相当,给出了不同激振幅值下高低频的临界频率值.在双频激振声场中,分3种情况（即双低频激振、高频+低频激振和双高频激振）讨论声场中关键参数（即激振频率、振幅分配比和总的声压幅值）对气泡界面失稳临界半径的影响.     

神奇的超声波洗碗机

日常生活中,人们每天都要接触洗碗这种家务活.随着人们生活质量的日益改善,能够代替手工劳动的洗碗机具已开始进入家庭.在未来的洗碗机家族中,超声波洗碗机将为广大消费者所青睐.超声波洗碗机主要是利用超声波在液体中产生的空化作用实现对餐具进行清洗的.液体中含有一些微细气泡,在超声声场的作用下会产生振动,当声压达到一定强度时,微细气泡会迅速增大后突然闭合,产生激波,形成局部高压,对餐具这一类弹性介质物体表面上的残留食物产生直接反复的冲击,一方面破坏残留食     

T型微通道内气泡生成大小影响因素研究

采用流体体积函数（VOF）方法,对T型微通道中气泡形成过程进行数值模拟研究,根据气泡形成机理,分析了气液流速、流体性质和微通道尺寸等因素对生成气泡大小的影响。研究结果表明,T型微通道内生成气泡长度随气体份额的增加呈指数增加趋势,而在相同气体份额下气液流速对气泡长度影响不大;比较而言,液体粘度和表面张力对生成气泡大小的影响较小,当液相表面张力从0.072 N·m-1降低到0.01 N·m-1时,T型微通道内生成气泡的长度减小了18%,主要是因为在阻塞阶段,最大颈部宽度和塌陷时间减小了;气泡长度随微通道直径的增加而增大,而气泡的无量纲长度基本不受微通道直径的影响。     

Dynamic solidification of Sn-38.1% Pb eutectic alloy within ultrasonic field

The dynamic solidification of Sn-38.1% Pb eutectic alloy within an ultrasonic field is investigated at a frequency of 35 kHz.As the sample height H is reduced,the effect of ultrasound on macrosegregation becomes more prominent,and the volume fraction of spherical eutectic cells increases correspondingly.When H equals the wavelength λ in liquid alloy,the introduction of ultrasound enlarges the distribution region of the primary (Sn) phase,but reduces the domains of the Sn-Pb eutectic and primary (Pb) phases.Meanwhile,a "dendritic-equiaxed" structural transition occurs in the primary (Sn) phase,and its grain size is significantly reduced within the ultrasonic field.Once H decreases to λ/2 and λ/4,the ultrasonic field promotes crystal nucleation and suppresses further undercooling of the bulk liquid alloy.Theoretical analyses indicate that the local high pressure induced by the cavitation effect and the stirring effect due to acoustic streaming are the main factors dominating the eutectic growth mechanism during dynamic solidification.     

金属熔体中高强超声空化气泡运动的数值研究

导出了可压缩液体中空化气泡泡壁运动方程,用该方程对高强超声场作用下铝熔体中空化气泡的运动规律进行了数值求解。结果表明,导出了泡壁运动方程保留了Ｕ／Ｃ的高次项,精度高于传统的不可压缩液体泡壁运动方程;高强超声场作用下铝熔体中空化气泡溃灭时可产生极高压冲击波;超声声压幅的大小对空化的强度和密度影响很大。     

超声空化场的致热机制及其聚束喷射时的致热速率

分析表明,超声空化泡崩溃时的高温声冲流和高压冲击波是使塑料致热熔融的机制.采用圆锥形和圆柱形玻璃管对单束超声空化场聚束喷射时,致热速率明显加大,这是因为空化泡在声辐射压力作用下聚集于喷射空化场前峰区的密度得以提高,因而增强了空化集中的致热效果.     

空化泡崩溃对近壁面的作用

空化泡在超声波的作用下其半径变化规律已经被实验所证实,如文献[1]。笔者在此基础上应用流体力学方法计算了超声空化泡在刚性壁面附近崩溃时对刚性壁的作用。计算表明,所得结果能很好地解释超声空化破碎薄铝箔的实验现象。     

超声界面波在充液双金属复合管道中的传播特性分析

随着管道运输行业的发展,复合管道越来越多地应用于机械、能源、化工等领域.利用超声界面波对复合管道的界面位置进行损伤探测成为机械装备超声无损检测研究的新方向.以充液金属复合管道为研究对象,采用多物理场有限元分析软件建立了充液复合管道的有限元模型,利用电信号激励超声界面波,分析了超声界面波在管道中的传播特性,并分析了不同液体对超声界面波的影响.结果表明:与空的复合管道相比,超声界面波在充液复合管道中的传播特性差别明显.在充液双金属复合管道中,超声界面波一部分来自初始激励,另一部分来自液体中激励的超声导波;随着传播的进行,初始激励的超声界面波迁移至固液界面处,形成固-液界面波,并逐渐泄漏至液体中;液体中的超声导波每经过一次管道壁面反射,在固液界面处形成一股新的固-液界面波,从而形成等间隔传播的固-液界面波群组.液体密度影响界面波的能量分布:液体密度越大,界面波能量越分散;液体的纵波波速影响固-液界面波的形成速度:纵波波速越快,固-液界面波形成越快.研究工作和分析结果可为管道损伤检测提供理论依据.     

Experimental Study on the Hydrodynamics and Mass Transfer Characteristics of Airlift Loop Reactors（ALR）

1IntroductionWhen used in the reaction system,airlift loopreactors(ALRs)have the characteristics of highmass transfer coefficient,good mixingperformance,low flow sheer stress and energysaving,and thus enjoy a broad prospect ofapplication.In additionto tra…     

含砖粒再生混凝土悬臂梁阻尼性能试验与分析

采用悬臂梁自由振动衰减法研究含砖粒再生粗骨料取代率、水胶比、粉煤灰掺量和试件尺寸对含砖粒再生混凝土弹性阶段阻尼性能的影响规律.结果表明:含砖粒再生混凝土阻尼比随含砖粒再生粗骨料取代率的增加而增加,当含砖粒再生粗骨料取代率为100％时,阻尼比随水胶比和粉煤灰掺量的增加而增加;含砖粒再生混凝土较普通混凝土对振动加速度响应衰减更为敏感;试件尺寸对含砖粒再生混凝土阻尼比的影响较小.建立了含砖粒再生混凝土阻尼比与抗压强度的关系计算式.随着取代率的增加,试件超声波波速逐渐降低,且超声波波速与阻尼比相关性较好.最后,给出了考虑含砖粒再生粗骨料取代率的再生混凝土阻尼比与超声波波速的回归方程.     

单泡空化振动系统的动力学数值模拟

根据微气泡的动力学方程,用数值计算的方法,采用改进的初始半径对单泡超声空化现象进行了研究。分析表明：气泡的振动对初始半径这个参量很敏感;气泡崩溃速率随气泡初始半径的增加而增大,在一定范围内能保证空化泡稳定的振动,在初始半径为1.6μm处空化程度最强,如果继续增大初始半径则空化程度减弱甚至消失、同时,将分析结果与前人的实验数据比较,发现在考虑液体的可压缩性以后对单泡最佳空化区域有很大的改进。     

超声波作用下尾砂浆浓密沉降及放砂

为了提高砂仓中尾砂浓密效率,实现高浓度的放砂,引入声场作为研究手段,创新性的利用声场辐射方式传播的特性,将声场非接触性地作用于尾砂浆介质中.通过设计试验,配制质量分数为40%的尾砂砂浆,在尾砂浆分别沉降15,20,25,30,35和40 min后,施加频率20 kHz,功率50 W的超声波,探究不同沉降时间后施加超声波作用对最终沉降时间和浓度的影响,同时将超声波作用在砂仓放砂阶段,并对超声波作用后不同浓度的砂浆进行流变参数测定.试验结果表明:在沉降20 min后施加超声波,砂浆沉降浓密时间最短为80 min,尾砂浆最终质量分数可达77.5%,与此同时超声波作用下可以实现砂仓稳定高浓度的放砂,放出砂浆质量分数为74.04%.对比超声波处理前后砂浆黏度与屈服应力可知,超声波可有效降低砂浆黏度22.3%,具有良好的降黏效果.超声波的振动作用,空化作用以及声流效应是使得砂浆快速浓密沉降以及放出的原因.     

利用变液面法改善超声清洗效果的研究

根据波的叠加原理及清洗槽内驻波场形成的特点,通过在一个半波长行程内多次改变液面高度来对物件进行“扫描”式清洗。用铝箔空化腐蚀的方法检验清洗效果。实验结果表明,这种方法能有效地改善物件的超声清洗效果,提高清洗质量。