双频辐照的声化学产额及其频率效应的研究

用碘释放法首次研究了２８ｋＨｚ分别与０．８７ＭＨｚ,１．０６ＭＨｚ,１．７ＭＨｚ组成的双频超声辐照的声化学效应,结果表明,双频辐照增强的声化学产额存在着明显的频率效应。     

用碘释放法研究正弦调幅波的超声空化峰现象

用碘释放法以1.7MHz正弦调幅波（调制频率从1Hz到5kHz,调幅深度为95％）的超声空化产额进行了研究,观测到“空化峰”现象。即适当选取调制频率时,其空化效应呈极大值。对调幅波的低频包络与空化效应之间的关系进行了理论分析,得到与实验数据基本相符的结果,从而对产生“空化峰”的物理机制给出了解释。     

双频超声强化提取的机理

采用由40kHz槽式超声与25kHz探头式超声组成的双频超声装置进行实验．提出了双频超声的物理模型方程,利用碘量法研究了不同频率下超声的空化效应,并将双频超声应用于黄柏中小檗碱的提取过程．通过对物理模型的模拟计算得出：双频超声（25kHz＋40kHz）的空化概率高于单频超声;双频超声辐照碘化钾溶液,碘的释放量高于单频超声时的释放量;双频超声提取黄柏中的小檗碱,提取率为64．1％,高于单频超声的提取率．     

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.     

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.     

正交线偏振激光器原理与应用（I）——正交线偏振激光的产生机理和器件研究

激光诞生后，出现了两种正交偏振激光器：Zeeman双频激光和四频环形激光陀螺．而由两个反射镜构成谐振腔的激光器、即驻波激光器，其内放入双折射元件时的物理效应和应用却成为空白．综述了过去十几年国内外，特别是研究了正交偏振驻波激光原理和器件方面取得的进展．首先，导出激光频率分裂的公式，并利用了几乎全部的量子光学现象(各种双折射元件及其物理效应)实现了驻波激光器正交线偏振激光振荡．这些量子光学现象有：晶体石英双折射效应、方解石双折射效应、应力(光弹)双折射效应、光电双折射效应等．其次，实验中观察发现了若干激光物理现象，如晶体石英旋光性造成的频率分裂畸变，强模竞争发生时的两频率问隔，频率分裂的越级等．再次，由于原理的限制，传统的Zeeman双频激光器输出的频差不可能大于3MHz．为了解决这一问题，实验室制成了几种原理的正交偏振双频激光器件：可输出40MHz到几百MHz频差的双折射双频激光器；可输出从1MHz到几百MHz频差的双折射-Zeeman双频激光器和双双折射双频激光器；输出巨大频差(几个GHz)的LD泵浦YAG双折射双频激光器；纵模问隔约为c／4L(普通激光器为c／2L)的激光器等．     

双低频超声辐射对碘化钾溶液碘释放量影响的研究

用碘释放分析了２４ｋＨｚ,３１ｋＨｚ超声的声化学产率随声强的关系,进而研究了由２４ｋＨｚ与３１ｋＨｚ喇叭型及２４ｋＨｚ喇叭型与３１ｋＨｚ阶梯形变幅轩组成的相向辐射系统的声化学产额．结果表明,双频辐射增强的声化学产额与辐射端面积有关,本文对此现象给出理论解释．     

声空化泡动力学及其测量

在评述当前声空化研究领域的最新进展基础上, 报道在声空化泡动力学理论和实验方面的研究结果. 首先, 考虑了实际非球对称声场驱动下的空化泡运动, 提出了一个非球形气泡动力学模型, 数值计算给出一种新的稳定的非球形振荡解. 然后, 设计了双路Mie散射系统, 对空化泡运动的球对称性进行了实验检测, 发现在低声压驱动的大气泡中存在明显的不同方向的非同步振荡. 作为一个推论, 得到了空化泡非球形振荡的证据. 并且完成了非球形振荡和驱动参数、液体参数的相关性测量, 具体参数包括驱动超声的幅度、频率, 液体的表面张力系数、黏度、含气量等. 最后, 介绍了数字移相频闪照明拍摄技术, 实现对稳态声空化泡的直接拍摄测量, 时间分辨率提升到20 ns, 相比已有的200 ns的时间分辨率, 提高了一个量级.     

声致发光法测量超声空化场的实验研究

依据鲁米诺增强声致发光原理,采用微光测量系统,对超声清洗槽内空化声场进行了测量,分析了声致发光强度与功率密度及驱动频率的关系.结果表明,当输入功率密度超过声致发光阈值时,液体中才出现声致发光现象;同一功率密度条件下,不同超声频率发光强度不同.     

超声破解污泥的实验研究

用染色法和水听器法对实验所用处理槽中的声场进行测量，在此基础上分别研究了超声频率和双频复合、组合、单频方式对污泥滤波的COD、NH3-N、TP的影响．实验结果表明双频组合超声相对单频超声作用效果要好，单频超声作用时，低频效果较好，并对其原因进行了分析．     

Modeling and Simulation of a Gas-Liquid Coupling Excitation-Induced Cavitation Bubble

A gas-liquid coupling excitation mode is proposed and the gas-liquid excitation experimental system is developed. Air from pulse generator is mixed with liquid,through which the generated cavitation bubbles can strip contaminants adhered to the pipe inner wall rapidly. The kinematics equation of the bubble inside the hydraulic oil is established and the numerical simulations are carried out. The influential factors such as gas pressure, excitation frequency,initial bubble radius and fluid viscosity are analyzed.The results show that the cavitation will evolve from steady state to transient state with the increasing gas pressure and initial bubble radius. The pulse generator frequency has a slightly effect on the growth of the bubble radius,and the breakup time of the bubble is shortened with the rising frequency. Similarly, the increasing viscosity of liquid has minimal impact on cavitation effect,which can weaken the growth and the collapse of the bubble. Moreover,the temperature inside the cavitation bubble is investigated,indicating that the instantaneous temperature inside the bubble increases with the rising gas pressure. Once the gas pressure is raised to a certain value greater than the fluid static pressure, the instantaneous temperature inside the bubble will rise sharply. So, it can be concluded that the gas-liquid coupling excitation-induced cavitation process is controllable, and some theoretical basis of the new excitation mode is presented,which is expected to be applied in the online cleaning of the complex hydraulic system.     

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.     

Cavitation Bubble Luminescence in Cone-Type Throttle Valve

In light of the light emission from cavitation bubbles under certain conditions, the phenomena of the cavitation bubble luminescence in the hydraulic cone-type throttle valve is focused in this paper. Firstly,the software of automatic dynamic incremental nonlinear analysis( ADINA) is applied to studying the flow field of the flow channel of the cone-type throttle valve. And the pressure distribution of the valve flow channel is obtained. The easyhappening area of cavitation in the cone-type throttle valve is also found out by ADINA. Then,the experimental research on the conetype throttle valve is carried out in this paper. The changing law of the hydraulic oil temperature in the corresponding region under different system pressure and the backpressure condition are experimentally researched. The relationship between the luminescence intensity and the cavitation intensity,the pressure,and the temperature are also studied. Finally,a summary of the causal relationship between the luminescence and cavitation in the cone-type throttle valve,the cavitation effect on the hydraulic oil temperature,and the method for the inhibition of cavitation bubble luminescence are presented. The results show that the light intensity increases with the increase of the cavitation intensity,and the luminescence can be inhibited by the increase of backpressure.     

现代医学手段诱发空蚀的形成及其影响

空泡在随液体流动过程中，当周围压力增加时，空泡体积将急剧缩小或溃灭。由于空泡溃灭过程发生于瞬间，因而在局部将产生极高的瞬时压强，当空泡溃灭发生在固体表面附近时，不断溃灭的空泡所产生的极高压强的反复作用，将破坏固体表面。对生物医学工程中的空泡和空蚀现象的形成、发展和溃灭过程及其危害，空蚀破坏机理及其影响因素，空泡演化过程的数值模拟研究等进行了综合论述，提出了研究空损伤现象需要解决的几个重要问题，为进一步深入研究和应用空化空蚀现象打下基础。     

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.     

基于Fluent角型喷嘴内部空化行为的数值模拟

利用Fluent流体计算软件对角型喷嘴内部的空化流场进行了数值模拟,得到了喷嘴内部的压力、气相生成速率和汽含率分布场,并对三种扩张角喷嘴内的流场进行了比较分析.结果表明:在角型喷嘴内部,空化汽泡主要在喷嘴圆柱段壁面起始点和扩张段壁面起始点两处产生;在扩张段壁面起始点处,由于回流和压力两种因素的共同作用导致扩张角对空化汽泡生成速率的影响存在最优值;随着扩张角的减小,角型喷嘴在扩张段壁面的空化区域不断扩大,其汽含率也不断攀升;扩张角的改变对角型喷嘴圆柱段区域的空化行为没有明显影响.     

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。     

超声吸收和生物组织的熵产生——一个癌症理疗的新方案

通过热力学计算证明,超声在生物组织中的粘滞耗散和热耗散引起的吸收低于化学弛豫引起的非经典吸收,低频低强度的超声吸收在生物组织中的熵产生对于癌细胞和正常细胞是不同的,这种不同联系于二者的酸度差异.理论计算证明,低频低强度的超声照射可以导致癌细胞和正常细胞熵产生率的倒转,从而可以改变熵流方向,抑止癌的毒性信息流的扩散.这提供了癌症理疗的一个新方案.     

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.     

非线性超声场中医用微泡的空化预测研究

以两种常见医用微泡的实验材料为计算参数,利用修正的Rayleigh-Plesset方程,对粘滞流体中不同半径的医用微泡在非线性超声波驱动下的空化行为进行了数值仿真.结果表明:一定驱动声频下,声压越大,医用微泡的空化概率越大,且向半径减小的方向移动,其空化概率受微泡材料参数影响也较大;同时,声作用周期个数越多,空化概率越大.当声作用周期个数增到一定数量时,其空化概率达到饱和.