声场模拟方法在大功率低频超声工程中的应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第35卷第12期化学工程Vo1．35No．122007年12月CHEMICALENGINEERING(CHINA)Dec．2007声场模拟方法在大功率低频超声工程中的应用彭健新，周光平，梁召峰(1．华南理工大学物理科学与技术学院，广东广州510640；2．深圳职业技术学院，广东深圳518055)摘要：介绍声场数值模拟方法在大功率低频超声处理器(如清洗槽、声化学反应器)中应用的研究进展。超声声场数值模拟包括基于计算流体动力学方法的二相流体模型模拟法；基于有限元分析方法的两步计算法和在波动方程中考虑流体中气泡的阻尼影响的

2、阻尼超声波传播法。介绍了这些模拟计算方法的基本原理及相关模拟结果，并就存在的问题进行讨论，指出了有待进一步研究的问题。关键词：大功率低频超声；超声空化；声场模拟中图分类号：O426．9；TB559文献标识码：A文章编号：1005-9954(2007)12-O075-04Applicationofsimulationmethodoftheultrasonicfieldinhigh-·powerlow-·frequencyultrasonicengineeringPENGJian-xin，ZHOUGuang-ping，LIANGZhao-feng(1．Schoolof

3、Physics，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，GuangdongProvince，China；2．ShenzhenPolytechnic，Shenzhen518055，GuangdongProvince，China)Abstract：Researchprogressonapplicationofsimulationmethodoftheultrasonicfieldinhigh—powerlow一~equencyultrasonicprocessingvesselsuchascleaningves

4、sel，sonochemicalreactorwasintroduced．Thesimulationmethodofhighpowerultrasonicfieldincludesthemethodbasedoncomputationfluiddynamicsmethodusingtwophaseliquidmodel，twostepmethodbasedonfiniteelementanalysisanddampedwavepropagationmethodincludingthedampingeffectofbubbleforwaveequationinliq

5、uid．Thebasicprincipleandrelationresultsforthesesimulationmethodswerereviewedandtheproblemsforthesimulationofhigh-powerlow-~equencyultrasonicfieldwerediscussed．Thefurtherresearchdirectionwasalsopresented．Keywords：high—powerlow一~equencyultrasound；ultrasoniccavitation；simulationofultraso

6、nicfield声场分析是科学研究和工程应用中一个非常重观上对气泡动力学进行理论分析。近年来，随着计要的课题。工程应用中，通常要求在装有液体的有算技术的发展，涌现出一些对超声空化场数值分析限容器中产生大功率低频超声，例如超声清洗槽和的研究¨J，一般对容器内介质作一些近似和假设，声化学反应器。在这些大功率低频超声液体处理采用计算流体动力学方法、有限元法、时域有限差分中，其主要的特点是液体在大功率低频超声作用下法等数值方法计算容器内的超声声场分布。本文在产生空化，且空化过程中伴随着诸多效应，如：机械综述目前常用的计算方法、原理及其结果的基础上，效应(声冲流、冲击波、微

7、射流)；热效应(局部高温就超声空化声场数值模拟中存在的问题进行讨论。高压、整体升温)；光效应(声致发光)；活化效应(水溶液中产生羟基自由基)。这些效应并非彼此独1超声声场数值模拟方法立，而是经常同时出现，比如热效应对光效应有作1．1基于二相流体模型模拟法用。此外，超声空化现象还涉及诸如液体、声场及外当超声波向容器内液体辐射声波，且声压达到界环境等多方面的条件因素，因此很难从宏观上对一定阈值时，液体中的气泡产生空化。为了建立空超声空化声场进行理论分析，主要是从一些效应出化泡和声场之间的相互影响，首先计算流体在声场发，在实验上定性地对低频超声场进行研究，或在微作用下空

8、化泡的出现