高频超声空化场喷射枪

根据高频超声及其空化场的力、热效应,以及空化场聚束管和液-固界面的增强作用原理,提出、设计和制作了一种小型的高频超声空化场喷射枪.试验表明,它用于水下破解冰冻物品、高分子板材焊接和瓶装液体除气方面是可行的.     

高频超声空化场喷射枪

根据高频超声及其空化场的力、热效应,以及空化场聚束管和液-固界面的增强作用原理,提出、设计和制作了一种小型的高频超声空化场喷射枪.试验表明,它用于水下破解冰冻物品、高分子板材焊接和瓶装液体除气方面是可行的.     

超声频率和液位对空化场的影响

空化效应是超声在化学反应过程中发挥作用的主要原因,采用谱分析法衡量空化场强弱,引入标准差评价空化场的均匀程度,在标称频率20,k Hz和40,k Hz的清洗槽内,研究了超声频率和槽内液位对空化场的影响效果.结果表明:超声波换能器使用中存在频率漂移现象,利用水听器、示波器结合MATLAB软件测量计算实际工作频率分别为23.93,k Hz和42.72,k Hz;低频时空化场的平均强度高,但高频时空化场的均匀性更好;清洗槽内存在谐振液位(30,mm、45,mm、60,mm、75,mm),在这些液位处空化强度和均匀性均较好.     

超声空化场热释放现象的实验研究

在1.65MHz、3W/cm2的超声空化场中,沿垂直声波辐射方向插入高分子材料ABS等试验板,板面上即刻出现熔化现象:超声空化场的一种热释放。若使这种空化场形成超声喷泉,其热释放的效果更加明显。采用圆柱形套管和圆锥形套管对这种超声喷泉进行聚束喷射,还可加剧这种热释放。作者认为,大量空化泡塌陷、爆裂时的高温声冲流和高压冲击波是使这种低导热系数试验板热变熔化的主要机制。超声喷泉中隐含的空化集中作用,以及聚束状态下附加的空化集中作用和声能密度的增加,则进一步增强了这种热释放。     

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.     

基于MATLAB的超声空化场表征与三维可视化

超声空化场强度逐点扫描的测量方法耗时耗力,不利于其应用,铝箔腐蚀法廉价易得,操作简单,对空化场影响小,但定量性差．以铝箔腐蚀法测定超声清洗槽中的空化强度,铝箔样品干燥后经扫描仪采集黑白图像,导入MATLAB软件图像处理系统,编写程序提取腐蚀点位置,统计腐蚀区域占整体区域的面积比,以腐蚀面积比大小衡量超声空化强弱程度实现测量结果的量化．构造三维腐蚀面积比数据集,以不同颜色代表不同腐蚀强度将数据绘制于三维坐标系内,可实现超声空化场可视化,任意平面内空化场强度分布图可通过切片技术获得．将超声空化场表征结果进行切片分析,得到单换能器空化场分布规律的同时验证表征方法的可靠性,为超声强化过程机理研究奠定分析基础．     

变幅杆式超声波声场分布测量

以某钢厂180 t钢包为原型,在钢包水模内进行超声场空化强度及声场分布分析;采用金属薄膜腐蚀法,测量研究超声空化强度及其分布,从空化角度对形成的声场分布进行探讨。实验结果表明:超声波空化场在工具杆周围以径向辐射为主,在工具杆底端的空化场呈圆锥状分布;在超声搅拌的过程中,空化泡群产生在超声波的波腹位置,产生后沿任意方向作直线运动,在运动的过程中伴随着空化泡的聚集、长大、崩溃等过程,正是因为这些剧烈的变化以及崩溃过程产生的微射流改善搅拌效果。     

变幅杆式超声波声场分布测量

以某钢厂180 t钢包为原型,在钢包水模内进行超声场空化强度及声场分布分析;采用金属薄膜腐蚀法,测量研究超声空化强度及其分布,从空化角度对形成的声场分布进行探讨。实验结果表明:超声波空化场在工具杆周围以径向辐射为主,在工具杆底端的空化场呈圆锥状分布;在超声搅拌的过程中,空化泡群产生在超声波的波腹位置,产生后沿任意方向作直线运动,在运动的过程中伴随着空化泡的聚集、长大、崩溃等过程,正是因为这些剧烈的变化以及崩溃过程产生的微射流改善搅拌效果。     

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冲流作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。     

基于频谱分析方法的超声空化场三维重建及其分布

超声空化是声化学反应的主动力,采用水听器对超声清洗槽内的超声空化场进行定量测量,通过频谱分析对声场能量进行分离,并利用非线性能量来表征空化能量,再通过MATLAB软件对测量结果进行三维重建,该方法同时具备了定量性和直观性两种优势.同时,通过图形用户界面(GUI)对程序进行封装,增强了该方法的可操作性.基于此方法,进一步研究了液体中超声空化场的三维分布情况,并对其分布规律进行了探讨,从而为声化学反应提供了理论指导.     

用三种方法研究双频超声空化增强效应

分别使用TA荧光法、碘释放法和电学法对28kHz分别与1．04MHz和1．7MHz组成的双频超声辐照系统的空化增强效应进行了研究．结果表明，双频超声辐照能明显增强空化效应，其声空化产额均显大于各频率单独辐照方式的声空化产额之代数和．对双束超声空化增强效应的机理从3个方面进行了分析：(1)双频辐射增强样品的机械振动，有助于更多的空气经液体表面进入液体而导致空化核增加；(2)在双频超声作用下，各自产生空化过程，当各自空化内爆时，会产生许多新的空化核，这些空化核为另一频率的空化提供了更多与其共振频率接近的空化核；(3)由于气泡在低频负压相内准静压力减小，从而降低丁空化的阀值．而在低频的正压相内，气泡的内爆强度增加，因而提高了其声空化产额．     

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。     

染色法测量超声空化场研究

简易、形象地评定声空化强度与分布是功率超声技术应用中的重要技术.本文利用染色法测量侧置换能器清洗水槽中声空化场,通过改变功率,对多种染色载板的染色效果加以比较,给出3种适合不同功率情形使用的染色载板,并提出染色法最佳观测时间和最佳观测方法.同时,研究了变频条件下清洗水槽中的空化分布.结果表明,连续变频下获得均匀的空化场.染色法能形象描述超声清洗设备和声化学反应器中的声空化分布,并且具有简单、直观、经济、可信度高的优点,是一种实际可行的声空化定性评价方法.     

利用喷射空化场提高苏铁种子的萌发水准

苏铁（Cycasrevolulta）是世界上现存为数不多的古老植物之一,具有很高的观赏和药用价值．但用通常的方法进行种子繁殖时,存在发芽率低、萌发时间长,而且种子易霉变等问题．本研究利用频率为1．45MHZ、超声电功率为25W的连续波超声形成的喷射空化场对种子进行刺激,结果表明,20min的喷射空化场刺激使种子萌发率从76．7％提高到100%,霉烂率从23．3%降低到零,平均萌发时间从326d缩短到143d作者认为,源自超声喷射空化场前端界面蕴有的集中的机械和热效应是这种苏铁种子萌发水准得以提高的主要机制．     

转炉氧枪喷头热负荷及冷却分析

利用商业软件FLUENT对传统氧枪喷头铜体及其冷却水内部流场进行了流固耦合数值模拟,发现传统氧枪喷头内冷却水流道中存在着流动"死区",影响了喷头的冷却效果.为了防止喷头变形或烧坏,提出在传统的氧枪喷头结构基础上另加若干条流线型导流筋的改进方案,并对新结构氧枪喷头的冷却效果进行模拟分析,获得了具有旋转流动的冷却水流场分布,同时增加了冷却水的湍流强度,因此强化了喷头的冷却效果.同传统氧枪喷头的冷却效果进行比较,发现改进后喷头端面整体温度平均下降达10℃,从而可大幅提高氧枪喷头的使用寿命.     

空化及其在杀菌中的应用

空化是一种非常复杂的现象,空化能够产生极高的瞬时压强与温度,从而能够带来众多的应用,但超声空化用于杀菌却仅仅停留在实验室研究阶段,超声杀菌的处理量是比较少的。描述了超声及水力空化杀菌机理,进行了不同条件下超声和水力空化杀菌实验。结果表明,超声空化与水力空化都有很好的杀菌效果,水力空化的处理量要比超声空化处理量大。     

超声波施振参数对Mg-Ca合金除气的影响

采用了超声场来处理Mg-Ca合金熔体,考察了超声波施振参数(超声功率和作用时间)对合金熔体除气效果的影响.结果表明:超声波施振功率和作用时间均对Mg-Ca合金除气效果有较大的影响,当施振功率过小,作用时间过短或过长均不会有良好的除气效果.这种除气效果和超声波的空化效应有关,且只有在空化效应的发展-发达阶段才会有良好的除气效果.在本实验条件下,超声功率150 W,作用时间为120 s除气效果最好,铸锭的密度值达到最大.在除气的同时,也有效地细化了Mg-Ca合金铸锭的凝固组织.     

Solidification characteristics of Pb-Sb hypereutectic alloy within ultrasonic field

The solidification of Pb-16%Sb hypereutectic alloy is investigated within ultrasonic field with a fre-quency of 15 kHz. It is found that the ultrasonic field promotes crystal nucleation and terminates the further bulk undercooling of the alloy melt. Theoretical analysis shows that the cavitation effect and the forced bulk vibration are the main factors that reduce the undercooling level. With the increase of ul-trasound intensity, the primary (Sb) phase experiences a growth mode transition from faceted to non-faceted branched growth, and the macrosegregation of primary (Sb) phase is gradually sup-pressed. In addition, the microstructures of Pb-Sb eutectic exhibit a conspicuous coarsening with in-creasing ultrasound intensity, and a structural transition of “lamellar eutectic—anomalous eutectic” occurs when ultrasound intensity rises up to 1.6 W/cm2. The ultrasonic field also changes the solute distribution adjacent to the solidification front, which lowers the Pb contents in primary (Sb) phase.     

三种空化模型下挤压油膜阻尼器空化流场特性对比

为准确预测挤压油膜阻尼器空化流场特性,基于ANSYS-Fluent软件建立非同心型挤压油膜阻尼器三维非定常空化流场求解模型.分别采用Zwart-Gerber-Belamri(Z-G-B)、Schnerr-Sauer(S-S)及Singhal三种空化模型计算得到挤压油膜阻尼器各测点的压力结果,并将其与实验数据进行对比,比较了三种空化模型下阻尼器内的油膜压力与气穴分布、流场中的气穴比以及油膜力特性.结果表明,三种空化模型中S-S模型的数值结果与试验数据最为吻合,适用于描述挤压油膜阻尼器空化流场特性,为挤压油膜阻尼器空化流场模拟提供了可靠的模型和方法.