基于谱分析法的超声空化场三维重建及优化研究
超声空化作为声化学反应的主动力，其在声化学反应器内的强度和分布情况均与反应产率密切相关，对其进行测量和表征不仅可以为提高声化学反应效率提供理论基础，还可以指导声化学反应器的设计和改进。本文采用水听器对超声清洗槽内的超声场进行定量测量，通过频谱分析对声场各部分能量进行分离，从中提取出空化能量，再利用MATLAB软件对测量结果进行三维重建，使得该方法同时具备了定量性和直观性两种优势，并通过图形用户界面(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分布情况，揭示了超声槽中空化场的分布规律。 由于超声空化影响因素众多，为了在既定条件下实现超声空化场的优化，本文还研究了频率、功率、液位、介质气含量等参数对超声空化场的影响。结果表明：低频时空化强度更高，清洗/反应力度强，但其均匀性较差，高频时空化强度较低，但其均匀性更好，清洗/反应面更广；在可调节范围内，功率对超声空化影响不如其他因素显著，但低功率时空化强度和均匀性仍随功率增长而增强，当达到一定值（70W）时，强度随功率增长几乎不变，均匀性反而会变差；液位对于空化强度和分布影响很大，在一些谐振液位处（距底为四分之一波长的整数倍），空化强度和均匀性均较好；由于气体性空化的作用，介质中气体存在造成空化强度的削弱，因此脱气处理对改善空化效果影响显著，通过研究气体含量对超声空化的影响发现，降低含气量对空化强度和均匀性有明显的促进作用，但当氧含量低于一定值（4.32mg/L）后，继续降低气含量反而会使得空化效果略有降低。 综上所述，在本清洗槽的应用过程中，超声功率在60~80W范围内，槽内介质液位在谐振液位处，且介质氧含量在3.17~5.02mg/L间时，空化效果从强度和均匀性两方面来说均较好。而对于频率的选择则需要根据反应或者清洗的侧重点，考虑对空化强度和均匀性的不同要求来做出选择。本实验的结果对于超声清洗/声化学反应的高效进行具有重要的指导意义。
超声空化;频谱分析;三维重建;声场参数优化;图形用户界面
天津大学
硕士
化工过程机械
刘丽艳
2014
中文
TP391.41
71
2015-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）