基于超声场下空化气泡运动的数值模拟和超声强化传质研究

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1、陟，I『，t、-1学陟，{，、学硕士学位论文题目超虚扬王窒丝氢泡运动的数值槿拟塑超直强丝笾厦研究培养单位⋯⋯四脚太堂丝王堂院指导教师筮塞坠数援专业．．丝堂王苎研究方向佳：厦．．皇．金离授予学位日期生旦超声场下空化气泡运动的数值模拟和超声强化传质研究化学工艺专业研究生李林指导教师朱家骅教授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

2、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

3、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。数值模拟结粟证明：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场的作用而具有一定的能量，加快了溶剂分子的振动频率，液体的黏度下降，溶质扩散系数增大，即传质与化学反应速率增大，过程得以强化。依据液固反应缩核模型，推导了超声场作用下液固反应缩核模型的修正式；依据传递过程原理，推导了超声场

4、作用下气泡传质模型的修正式。本文通过较深入地分析空化气泡在超声波作用下的基本规律以及超声场对传质过程的强化进行了初步探讨，所得结果为进一步的研究提供了一定的基础。关键词：超声波Matlab声空化传质ⅡNumercialSimulationontheMotionEquationofCavitationBubbleandtheEnhancementofMassTransferduetoUltrasonicMajor：ChemicalTechnologyGraduateStudent：LiLinSupervisor：Prof．ZhuJiahuaTheacousticcav

5、itationintheliquidduetOtheultrasonicwhicheffectinginaenergyformandalotofeffectsbythereciprocityofthecavitationbubblcandthefiquidhasbeenappliedinmanyfields。suchasphysics，chemistry,biology,ere。Ithasagreatfutureinthesebasicresearchandapplicationtechnologies．Theacousticcavitationisaverycom

6、plexprocess．Thegeneration,growthandcollapseoftheofthecavitationbubbleduetotheultrasoniccouldal'OUsemanyphysicalandchemiceffectssuchasacceleratingthechemicreaction,destroyingthebiologicorganization，generatingtheluminescenceeto。Therefore，theresearchofthegenerationandthemotionofthecavitat

7、ionbubblesaleveryimportant．Accordingtothecavitationbubblemotionregulationofthegeneration，growthandcollapseofthecavitationbubble；thisinvestigationregardsacavitationbubbleasabob，whichisfilledwithliquid．ThisinvestigationhasdetrudedthecavitationbubblemotionequationbythemethodofRayleigheq