声场中气泡运动的混沌特性

《声场中气泡运动的混沌特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、物理学报ActaPhys．Sin．Vol．60，No．10(2011)104302*声场中气泡运动的混沌特性沈壮志林书玉(陕西师范大学应用声学研究所，陕西省超声学重点实验室，西安710062)(2011年3月19日收到;2011年4月10日收到修改稿)以水为工作介质，考虑了液体的可压缩性，研究了声场中气泡的运动特性，模拟了声波频率、声压幅值、气泡初始半径以及液体的表面张力和黏滞系数的变化对气泡运动状态的影响．分析了空化处理效果与气泡运动状态之间关系．结果表明:气泡运动处于混沌状态，是提高声空化降解有机污染物能力的最重要因素．关键词:声空化，混沌，相图，功率谱图PACS:43.

2、35．+d，05.45.－a，47.55.dd，02.30.Oz用到实际工程中去．1.引言超声空化降解有机污染物，目前普遍认为高频超声(频率大于100kHz)具有较好的处理效果．［19］超声空化降解水体中有机污染物，由于不产生Petrier等利用KI溶液研究514和20kHz声裂解二次污染，被称为“绿色水处理”，受到了广泛的关水生成OH自由基数量时发现，在同样的条件下，注．它集高温、高压、机械剪切和破碎为一体，为物514kHz裂解水生成的OH数量是20kHz的3倍理方法进行有机污染物降解和水体净化处理创造多．理由是，气泡在514kHz的声波的作用下发生崩－7了特殊的形式，尤其是

3、能够有效地降解“三致(致溃的时间是3×10s，在20kHz的作用下崩溃时间－5－6［20］癌、致畸、致基因突变)”有机污染物，更是为人们所是10s．而OH自由基的寿命却只有10s，重视，是近十几年来发展的一种新型水处理这样泡内的OH自由基在514kHz超声作用下来不［1］技术．及复合而逃逸到本体溶液中与反应物发生反应，相超声降解水体中的有机污染物，是物理化学降反泡内的OH自由基在20kHz超声作用下有足够解过程，其主要源于声空化效应以及由此引发的物的时间复合，因而逃逸在本体溶液中的OH自由基［16］理化学变化．数量很少．另外Petrier利用20，200，500和800超声空化

4、降解有机污染物受多种因素的影响，kHz研究苯酚的超声降解时发现，苯酚在200kHz主要有:液体自身特性、污染物自身特性、超声场参超声作用下降解效果最好．由于苯酚是亲水、难挥［2］数特性．液体自身特性包括液体的黏度，液体的发性物质，主要靠自由基和过氧化氢等氧化性物质［3，4］［5］［6］表面张力、液体的蒸汽压，液体的温度和液在本体溶液中与其发生降解反应．按照上述Petrier［7，8］体的pH值等影响因素．污染物自身特性包括自我解释，声波频率越高，不仅气泡崩溃时间越短，［9，10］液体的初始浓度、污染物的挥发性、极性、形态而且单位时间内，空化发生的次数也增多，这将有［11］结构等

5、等影响因素．超声场特性包括声频更多的自由基等氧化性物质逃逸到本体溶液中与［12—15］［10，16—18］率和声强等影响因素，此外反应器的苯酚发生降解反应，结果应该是500和800kHz声形状也是重要的影响因素之一．由此可见超声空化波降解苯酚效果好于200kHz，事实上却是200kHz降解有机污染物是一个复杂的工程，只有综合考虑处理效果最好．类似的实验例子很多，但对实验结各方面的影响因素，才能很好地将超声空化技术运果的解释却很空洞，进一步给出理论依据却鲜有．*国家自然科学基金(批准号:10974127)、陕西省自然科学基金(批准号:2011JM1002)和中央高校基本科研基金(

6、批准号:GK200901019)资助的课题．E-mail:szz6@163．com2011中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb．iphy．ac．cn104302-1物理学报ActaPhys．Sin．Vol．60，No．10(2011)104302事实上，对气泡空化研究的一个重要方面就是结果一致，同时上述方程广泛适用于气泡的各种振［23］气泡的振荡特性．超声空化降解有机污染物的效果幅振动．是由声场中空化泡的运动特性所确定的，而空化泡2.2.数值方法与初始条件的运动特性是受声波频率、声压和液体的黏度、表面张力等复杂因数的影响．本文从

7、声场中空化泡的气泡运动是在具有周期性外部声场作用下进运动特性着手，探讨提高声空化降解有机污染物的行的动力学行为，这种非线性方程的解在经过初始［24］途径和方法．阶段的暂态状态过程后，即达到一稳定的形式．为了分析这一稳定形式，本文采用相图、庞加莱映2.数学模型与数值方法像图、功率谱图以及分岔图来研究声场中气泡的运动特性，为此，可将方程(1)中含有时间t的非线性非自治的二维二阶运动微分方程转化为不显含时2.1.空化泡动力学方程间的非线性自治的三维一阶微分方程组．dR对声场作用下空化泡的动力学特性