超声场下空化气泡运动的数值模拟和超声强化传质研究

发布时间：2017-05-12 02:14

  本文关键词：超声场下空化气泡运动的数值模拟和超声强化传质研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 超声波作为一种能量形式在液体中所引起的超声空化,以及空化气泡与液相相互作用而产生的各种效应己在物理、化学、生物等学科的基础研究和应用技术开发中展示出十分广阔的前景。超声空化是一个极其复杂的过程。空化气泡在超声波的作用下,膨胀、收缩、再膨胀、再收缩,多次周期性振荡直至崩裂,从而引发许多物理、化学效应,如破坏生物组织,加快化学反应速度,产生光辐射等。因此,超声场下空化气泡的形成及运动的研究具有十分重要的理论基础和实际应用意义。 本文依据空化气泡在超声波的作用下,膨胀、收缩的运动规律,把气泡看作为一个以液体为负载的振子,沿用Rayleigh方程推导方法,由能量守恒推导出多参数下空化气泡壁的运动方程。利用Matlab进行程序编写对方程进行了模拟求解并探讨了各因素对超声空化的影响。计算结果表明:超声频率变大,空化泡的振幅变小,不利于声空化;随着声压幅值的增加,空化泡的运动加剧,利于声空化;低黏度液体中空化效果更好;低的大气压利于声空化;气泡直径小于或等于共振尺寸时利于声空化;较低的气泡内压利于声空化;气体导热系数小空化效果更好。数值模拟结果证明:超声波功率、气泡内压、气泡直径对空化气泡的运动影响较大。 本文进一步探讨了超声场对传质过程的强化。依据液体“格子”模型推导了超声场作用下溶液中溶质扩散的分子动力学模型的修正式,探讨了超声强对液相粘度和扩散系数的影响。分析结果表明:超声场的引入使得溶剂分子要受到
【关键词】：超声波 Matlab 声空化 传质
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ021.4
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第一章 前言8-10
• 第二章 文献综述10-25
• 2.1 超声化学的发展10-11
• 2.2 超声波在化学反应及传质过程中的应用11-16
• 2.2.1 超声波在化学中的应用11-13
• 2.2.2 超声场对传质过程的强化探讨13-14
• 2.2.3 超声场强化传质过程的机理研究14-16
• 2.3 超声波的作用机理16-20
• 2.3.1 热机制16
• 2.3.2 非热机制16-20
• 2.4 气泡动力学的研究进展20-24
• 2.4.1 基本理论公式20-21
• 2.4.2 气泡壁运动方程研究21-24
• 2.5 本课题的研究内容24-25
• 第三章 超声场下空化气泡壁运动方程的数值模拟25-46
• 3.1 空化气泡壁运动方程25-31
• 3.1.1 模型的简化25-26
• 3.1.2 气泡壁运动方程的推导26-28
• 3.1.3 气泡壁运动方程的数值计算28-31
• 3.2 计算结果及讨论31-45
• 3.2.1 超声频率对空化气泡运动的影响31-32
• 3.2.2 超声声强对空化气泡运动的影响32-35
• 3.2.3 空化泡初始平衡半径对空化气泡运动的影响35-37
• 3.2.4 环境压力对空化气泡运动的影响37-38
• 3.2.5 液体黏度对空化气泡运动的影响38-40
• 3.2.6 表面张力对空化气泡运动的影响40-41
• 3.2.7 气泡内压对空化气泡运动的影响41-43
• 3.2.8 气体种类对空化气泡运动的影响43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 超声场对传质过程强化的探讨46-67
• 4.1 超声场对溶质扩散的强化作用探讨46-55
• 4.1.1 溶液中溶质扩散的分子动力学模型46-48
• 4.1.2 超声场作用下分子动力学模型的修正48-50
• 4.1.3 超声强对扩散系数的影响及讨论50-55
• 4.2 超声场对液固传质的强化作用55-61
• 4.2.1 液固反应缩核模型55-57
• 4.2.2 超声场作用下液固反应缩核模型的修正57-60
• 4.2.3 超声场强化液固反应的讨论60-61
• 4.3 超声场对气液传质的强化作用61-67
• 4.3.1 液体中气泡传质模型61-63
• 4.3.2 超声场作用下气泡传质模型的修正63-65
• 4.3.3 超声场强化气液反应的讨论65-67
• 第五章 结论67-68
• 符号说明68-70
• 发表论文70-72
• 参考文献72-77
• 致谢77

【引证文献】

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本文编号：358586