超聲場下空化氣泡運動的數(shù)值模擬和超聲強(qiáng)化傳質(zhì)研究.pdf

1、超聲波作為一種能量形式在液體中所引起的超聲空化，以及空化氣泡與液相相互作用而產(chǎn)生的各種效應(yīng)己在物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)中展示出十分廣闊的前景。超聲空化是一個極其復(fù)雜的過程。空化氣泡在超聲波的作用下，膨脹、收縮、再膨脹、再收縮，多次周期性振蕩直至崩裂，從而引發(fā)許多物理、化學(xué)效應(yīng)，如破壞生物組織，加快化學(xué)反應(yīng)速度，產(chǎn)生光輻射等。因此，超聲場下空化氣泡的形成及運動的研究具有十分重要的理論基礎(chǔ)和實際應(yīng)用意義。 本文

2、依據(jù)空化氣泡在超聲波的作用下，膨脹、收縮的運動規(guī)律，把氣泡看作為一個以液體為負(fù)載的振子，沿用Rayleigh方程推導(dǎo)方法，由能量守恒推導(dǎo)出多參數(shù)下空化氣泡壁的運動方程。利用Matlab進(jìn)行程序編寫對方程進(jìn)行了模擬求解并探討了各因素對超聲空化的影響。計算結(jié)果表明；超聲頻率變大，空化泡的振幅變小，不利于聲空化；隨著聲壓幅值的增加，空化泡的運動加劇，利于聲空化；低黏度液體中空化效果更好；低的大氣壓利于聲空化；氣泡直徑小于或等于共振尺寸時利于聲

3、空化；較低的氣泡內(nèi)壓利于聲空化；氣體導(dǎo)熱系數(shù)小空化效果更好。數(shù)值模擬結(jié)果證明：超聲波功率、氣泡內(nèi)壓、氣泡直徑對空化氣泡的運動影響較大。 本文進(jìn)一步探討了超聲場對傳質(zhì)過程的強(qiáng)化。依據(jù)液體“格子”模型推導(dǎo)了超聲場作用下溶液中溶質(zhì)擴(kuò)散的分子動力學(xué)模型的修正式，探討了超聲強(qiáng)對液相粘度和擴(kuò)散系數(shù)的影響。分析結(jié)果表明：超聲場的引入使得溶劑分子要受到場的作用而具有一定的能量，加快了溶劑分子的振動頻率，液體的黏度下降，溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)增大，即傳質(zhì)與