超声降解废水机理及空化气泡运动过程数值模拟

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1、超声降解废水机理及空化气泡运动过程数值模拟超声降解废水机理及空化气泡运动过程数值模拟吴岸峰,苟小龙,李朋(重庆大学动力工程学院,重庆400030)摘要:阐述了超声降解废水的机理,并根据以体积作为动力学参数的气泡动力学模型进行数值模拟,结果表明,低频下的空化强度更大,更有利于降解过程,而驱动声压和初始气泡大小则存在一个最佳值,同时与传统的R—P方程作了比较,两个模型模拟结果基本一致,表明本文所用模型也适用于对气泡运动过程的模拟.关键词:声空化;降解废水;气泡方程;数值模拟中图分类号:0644.3,0242文献标识码:A文章编号:1005-8354(2008)04-0037-04

2、Mechanismofwastewaterultrasonicdegradationandnumericalsimulationofcavi切ltionsbubbledynamicsWUAn—feng,GOUXiao—long,LIPeng(CollegeofPowerEngineering,ChongQingUniversity,ChongQing400030,China)Abstract:Thispapers./10rththemechanismofwastewaterultrasonicdegradationandmadenumericalsimula—tionfori

3、taccordingtothebubbledynamicalmodelwhichwasbasedonthevolumeasthedynamicalparame一￡er.Theresultsshowedthatatlowfrequency.thecavitationintensityisbiggeranditismoreadvantageousforthedegradationcourse,butthedriveacousticpressureandinitialbubblevolumehaveagroupofoptimalval—ueS.Inaddition.thepaper

4、contrastedthisnumericalsimulationwiththetraditionalR—Pequation.Itshowedthatsimulationresultsofthetwomodelswereidenticalandthemodelinthispaperwasalsofittosimulatethebubbledynamics.Keywords:acousticcavitation;wastewaterdegradation;bubbledynamics;numericalsimulation0前言超声应用在污水处理方面已经有了大量的实验室结果,但

5、目前只有德国将其投入到实际应用当中,超声对污水的处理主要利用了声空化发生时带来的特殊效应,已有理论证明,在某些情况下液体中可能存在稳定的气泡,当以适当参数的超声作用于液体时,处于超声场的微小气泡在超声声压负压相作用下受到拉伸力,气泡半径不断增大,在随后而来的正压相里气泡会在极短的时间内收缩直到崩溃,整个过程能在一个周期内完成,这一过程称为"空化现象",气泡崩溃时,将产生高温高压的极端物理条件,在这一条件下,化学反应被加速,化学产率被提高,即所谓的声化学,也称为超声波化学或高能化学.超声降收稿日期:2008-03-26作者简介:吴岸峰(1983一),男,硕士研究生,研究方向:新

6、能源装置及系统解的机理就是基于声化学效应,但是空化机理的复杂性决定了声化学的产额由多种因素决定.包括了超声声场,溶液体系,环境温度等多种参数.为了将超声水处理技术投入实际生产应用,需要提高处理效率,降低生产成本,因此研究各种外界因素对空化过程的影响具有重要的意义,本文使用基于体积参数的R—P气泡运动方程考察了空化过程气泡体积变化规律,并研究了频率,驱动声压,气泡初始半径对其运动过程的影响,虽然R—P方程对气泡运动过程的描述算不上精确,但对于超声参数的选取具有一定的指导意义.1超声降解污水机理超声对废水的降解主要针对难降解的有机污染技术篇2008年第四期37物,其原理并不是直接

7、利用声能,对于不同性质的对象有不同的作用方式:对于非极性,易挥发的物质主要是通过气泡内部和表面高温条件下的直接热分解反应,对于极性,难挥发性的物质则主要是通过氧化作用.空化泡内部含有空化气体,水蒸汽以及易挥发性溶质.空化泡崩溃的瞬间,气泡内的水蒸汽发生热分解,反应如下:H20H+OHI=I+02一I=102HO2+HO2I=I202+02OH+O'HH202这一系列的反应产生的自由基离子具有强氧化性,在高温高压的条件下能将有机污染物氧化分解.综上所示,降解效果的好坏和声空化的强度密切相关,而声空化过程实