水力空化技术的实验研究

设计了1套实用有效的水力空化实验装置;建立了空化自由基捕捉新方法;并利用亚甲基蓝溶液研究了羟自由基产量与空化强度的关系以及各种因素对空化自由基产量的影响;探索了最优空化强化条件.     

孔板型空化器羟自由基产量影响因素分析

 利用空化释放出的能量对过程进行强化是能量利用的新途径,羟自由基·OH产量直接反应了空化的强度和效果,为了提高·OH产量,寻求最优空化条件,对水力空化·OH产量的影响因素进行了实验研究。以多孔孔板作为空化的发生元件,采用亚甲基蓝作为·OH的捕捉剂,利用紫外-分光光度法间接测量·OH产量。分析了亚甲基蓝溶液浓度、入口压力、溶液温度、氧气混合速度和反应时间对·OH产量的影响规律。研究表明,亚甲基蓝溶液浓度在16~19μmol/L时对·OH的捕捉有较高的灵敏度和精确度;入口压力、溶液温度和氧气混合速度分别为0.2MPa、30℃和45L/h的条件时,OH产量最高;反应时间与·OH产量呈近似线性关系。     

水力空化装置的优化设计

根据水力学原理,本试验设计并建立了一套实用有效的水力空化装置.采用了不同几何尺寸的孔板作为水力空化发生器,研究了进口压力、流量、孔内流速、孔板的厚度与孔径之比及孔板过流总面积与管道横截面积的比值对空化数的影响;分析了本实验装置的水流空化状态:本实验装置能产生空化现象.亚甲基蓝分光光度计法,能成功捕捉到水力空化产生羟自由基,是定量检测空化自由基简易可行的有效方法;空化程度随空化数的减小而增强;分析了空化数对羟自由基浓度的影响,寻求最优空化强化条件;水力空化系统的压力、孔内流速等参数及空化器结构的优化设计对空化强化效应的影响表明:进口压力越大,孔内流速控制在14 m/s,/δd为3,为0.07时,空化效果较好.图8,表4,参10.     

超声空化强度的化学计量表征方法

以对苯二甲酸(TA)和亚甲基蓝(MB)为羟自由基捕捉剂,采用荧光分析法和紫外-可见光分光光度法分别探究了超声辐照时间、频率、功率对超声空化强度的影响,最佳工艺条件均为80,W和40,k Hz,超声空化强度随时间呈线性变化.实验对比分析了这两种化学计量方法,其中荧光分析法更能精确表征固液体系的空化场强度.结果表明,一定固体颗粒的存在会增强空化效应,同时固体颗粒会影响声场和流场,导致测量温度范围(20~80,℃)内体系最优值由60,℃变为40,℃.     

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.     

宽温域条件下齿轮泵内流场空化强度的变化规律

针对-20～100℃的宽温域工作条件下齿轮泵空化强度存在差异的现象,利用Pumplinx软件将双联齿轮泵模型简化为单齿轮泵模型,对齿轮泵在不同温度下的空化强度进行研究.油液温度的不同会造成黏度的不同,而黏度变化导致齿轮泵困油腔压力波动幅值变化.根据空化产生机理,压力波动幅值的改变,会引起空化强度的改变.通过不同温度下空化水平的对比,总结出齿轮泵内流场空化现象随温度升高而减弱的规律.依据空化诱导振动理论,空化水平的改变会引起齿轮泵振动的改变,借助齿轮泵振动实验,验证了空化强度随温度升高而减弱的规律.     

空化水射流的化学效应

在综述超声空化的有关研究成果的基础上,分析空化水射流中的微空泡溃灭时瞬时局部高温、高压产生的特殊的物理环境引发的复杂的化学效应:直接热分解、自由基的氧化和超临界水氧化;划分了空泡溃灭时化学反应区域;分析了空化水射流化学效应的影响因素.     

多孔板特性对水力空化-Fenton反应处理废水的影响

为提高工业废水的处理效率,采用水力空化-Fenton反应处理废纸制浆废水.研究了孔径、空化数和过流率等孔板特性参数对去除废水总有机碳(TOC)的影响.结果表明:在过流率相同的条件下,减小孔径可提高TOC的去除率;交叉布孔较径向布孔体系所产生的空化云更均匀,处理效果更好;减小空化数可增强空化强度,但空化云体积也将减小.对于每一种废水都存在一个临界空化数,当体系空化数大于临界空化数时,减小过流率可提高空化效果,但是当小于临界空化数时,过流率存在一个最佳值.在本实验条件下,空化数为0.79的96×1交孔板体系具有最大的表观速率常数和最短的半衰期,经过90,min的处理,TOC去除率达到66.86%.实验证明水力空化-Fenton反应可以有效处理这类废水.     

超声辐照降解水中三氯乙烯主要影响因素

采用超声辐照新技术降解水中三氯乙烯(TCE),实验研究了影响TCE降解速率的主要因素.结果表明:TCE降解率随初始浓度增加而减小,呈现准一级反应动力学特性;增加超声波输出功率可以明显提高TCE降解率,在60 min内TCE的去除率可达90%以上;空化气体对TCE降解率的影响顺序为Ar>O2 ～空气;自由基清除剂的加入对TCE的降解效果稍有影响,表明TCE的超声降解主要是在空化泡内以及空化泡的气-液界面内的高温热解,同时在超声降解TCE过程中也可能伴随着自由基氧化作用.     

流体动力空化的噪声特性及空化强度的测量

本文对Contraction-Divergence(收缩-扩张)流道产生的空化泡进行高速摄影观测和空化噪声测量.观测结果中发现随流速增加,气泡状态从离散的空化云变为连续的空化云;噪声谱逐渐从带有宽峰的谱变为连续谱.噪声谱中宽峰的中心频率和峰值都随流速变化而变化.在频率范围[0-50kHz]内对功率谱进行积分,积分值随流速增加迅速增加,可以表示空化的强度变化.实验证明,与声空化存在瞬态和稳态两种空化类似,也存在两种流体动力式空化.     

Numerical study of unsteady cavitation on 2D NACA0015 hydrofoil using free/open source software

The free/open source software as OpenFOAM, Salome meshing and python language under Debian Linux system are evaluated to model unsteady cavitating turbulent flow around a NACA0015 hydrofoil. Based on the cavitation model proposed by Kunz and large eddy simu- lation （LES） method, we denote the benefits of free software and open source tools as an alternative to proprietary software of computational fluid mechanics, and provided a modified cavitation model to improve numerical accuracy. The simulation results of typical break-off cycle for cavitation shedding are compared to available experimental data, and validated using image processing to find percentage of similarities. The sheet cavity frequency of 7.752 Hz was obtained based on cavitation evolution and pressure fluctuations. The study gives relevant information for CFD software development in the future.     

附着空化流动的模型和算法

提出了一种改进的空化模型和算法，同时耦合考虑黏性效应的Navier-Stokes方程求解方法，用数值研究了附着空化流动．提出的空化模型和算法将气相／液相界面作为流动区域的自由界面，并满足当地气相压力进行处理，空化空腔的形状通过迭代计算进行修正得到，不仅考虑了流场的压力分布，而且考虑了气相／液相界面处的压力梯度信息．采用具有试验数据的半球形头部圆柱体空化绕流作为算例，考核了所提出空化模型和算法的网格无关性，并研究了迭代修正格式中松弛因子对算法精度和计算效率的影响特性．研究表明，圆锥形头部圆柱体空化绕流的数值模拟结果与其试验数据吻合良好，证明了所提出的空化模型和算法的可靠性。     

光照对植物细胞姊妹染色单体交换的影响

文章研究了可见光诱导大麦根尖细胞姊妹染色单体交换频率（ＳＣＥｓ）增高的原因．ＤＮＡ分子渗入５’一一溴脱氧尿嘧啶核苷（Ｂｒｄｕ）后，经可见光照射，可产生自由基，同时细胞的ＳＣＥ频率显著升高。能淬灭自由基的化合物如半胱氨酸和还原型谷胱甘肽部分地抵消了光照诱导产生的ＳＣＥｓ，而氧化型谷胱甘肽则无此作用，这证实光照可通过自由基诱导细胞ＳＣＥ频率增高。     

超声-Fenton高级氧化降解淀粉废水的研究

采用超声与Fenton高级氧化技术联合处理实际高浓度玉米淀粉废水,超声波与Fenton试剂联合作用时,在超声波的作用下,极短时间(10μs)内形成空化气泡会发生空化现象.由于玉米淀粉浓度较高,在超声作用时有机物更容易发生碰撞,产生较多的自由基,使玉米淀粉废水中的有机物得到降解.最终达到较好的去除效果.通过单独超声实验得到最佳的超声时间为150 min,超声波频率为45 kHz,超声波功率为200 W,pH值为3;通过超声与超声-H2O2联合的对比实验,得出H2O2最佳投加量为40 mmol/L;通过单独加入Fenton试剂与超声-Fenton联合的对比实验,得出FeSO4最佳投加量为8 mmol/L.在最佳参数条件下,超声-Fenton法处理高浓度玉米淀粉废水,其COD去除率可达到92%.     

葛花总黄酮的抗氧化作用研究

为研究葛花总黄酮的体外抗氧化作用,以70%乙醇为溶剂,微波方法提取葛花中的总黄酮,用比色法测定其含量为4.72%;通过还原能力的测定、Fenton反应体系、DPPH法以及邻苯酚自氧化体系等评价葛花总黄酮体外抗氧化能力.结果显示,葛花总黄酮在还原力测定以及对三种自由基的清除上,表现出了不同程度的抗氧化能力.对O2-.和DPPH.及.OH 3种自由基具有明显的的清除作用,其EC50分别为:0.095mg/ml、0.114mg/ml、0.700mg/ml.葛花总黄酮具有较强的还原力,在清除自由基方面其清除率与其浓度存在着明显的量效关系.     

角叉菜不同溶剂提取物抗氧化活性

采用甲醇、乙醇、乙醚、乙酸乙酯、石油醚、丙酮6种溶剂分别对角叉菜进行冷浸提取.对提取物进行超氧阴离子自由基(.O2-)、羟自由基(.OH-)、H2O2诱导的小鼠红细胞氧化溶血和小鼠肝匀浆脂质过氧化的清除作用实验.结果表明,角叉菜不同溶剂提取物对各种自由基均具有一定的清除作用,而且溶剂对提取物活性有一定的影响.在相同的浓度下,对自由基的清除作用最大的分别为乙醚、丙酮、乙醚和乙酸乙酯提取物.     

紫甘薯膳食纤维的提取及对自由基的清除作用

以紫甘薯为材料,设计4因素3水平的正交实验,酶法提取膳食纤维。结果表明紫甘薯粉中膳食纤维提取的最佳工艺参数为0.7%的混合酶(其中α-淀粉酶∶糖化酶为6∶1),酶解温度70℃,处理时间80min,0.6%蛋白酶。以体外实验研究不同质量浓度(20~140mg/mL)的膳食纤维鲜样对1,1-二苯基-2-苦味酰基自由基(DPPH)、超氧阴离子自由基(O-2·)、羟自由基(·OH)的清除效果。结果表明紫薯膳食纤维对DPPH O-2·、·OH都有明显的清除效果,在20~140mg/mL的膳食纤维的浓度范围内,其清除自由基的效果随着膳食纤维的浓度增大而增强,但当浓度增加到一定程度后,对DPPH、超氧阴离子自由基的清除能力趋于平缓,对·OH的清除效果呈直线上升;其清除能力顺序为:DPPH自由基超氧阴离子自由基羟自由基。     

周期换向电解过程中羟基自由基的产生及测定

羟自由基(·OH)氧化是电解氧化技术的重要机理之一,采用清水实验(0.015 mol/L的Na2SO4溶液)探索了周期换向电解过程中.OH的产生机理,筛选了.OH的检测方法,并研究了.OH产生量的影响因素.结果表明,以二甲亚砜(DMSO)为捕捉剂的比色法其检测效果优于以水杨酸为捕捉剂的比色法,在电压为8 V,换向周期10s的条件下反应90min时,50mL200mmol/L的DMSO可以捕捉羟自由基的量达到最大值.同时得出添加H2O2时羟自由基累积量提高的幅度大于添加H2SO4,表明可以将周期换向电解法与H2O2相结合,更广泛地将周期换向电解法应用到水处理领域.     

空化初生的热力学影响研究

从非平衡态热力学理论出发,建立了有相变发生时球形气核与围流液体之间能量流和物质流的方程式．在此基础上,确定了自由气核空化初生的条件,并结合气泡动力学对此进行了深入的讨论,提出了判断满足空化初生条件的标准