超声空化及絮体破碎过程的模拟与试验分析.pdf

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1、中国环境科学2015，35(5)：1429-1435ChinaEnvironmentalScience超声空化及絮体破碎过程的模拟与试验分析郭璇，杨艳玲，李星，周志伟，马长红，张洋(北京工业大学，北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室，北京100124)摘要：为探究利于空化效应的超声条件及超声波破碎絮体机理，基于Matlab平台建立空化气泡模型及2种简化的有限扩散聚集(DLA)絮体破碎模型，进行计算机仿真，并通过试验分析得到实际絮体破碎模式．结果表明：随着超声频率的增加，空化效应减弱；声能密度的增加导致空化气泡振幅增大，声能密度为7W／mL时气泡振幅可达初始半径的200

2、倍，空化效果较好．低声能密(O．O3～3W／mL)和低超声频率(25--40kHz)处理絮体时，剥蚀作用为主导作用，超声后絮体粒径减小，分形维数增大；声能密度超过3W／mL或频率大于40kHz，大规模破碎占主导作用，实际絮体粒径减幅小且结构散．40kHz的超声频率更利于絮体的破碎，作用10min后，絮体粒径减幅达9．8％，分形维数为1．394，结构更加密实．关键词：超声；空化效应；数值模拟；有限扩散聚集：絮体破碎中图分类号：X703，TU991．2文献标识码：A文章编号：1000—6923(2015)05-1429—07SimulationofuRrasoundcavit

3、ationbubb~andnumerical／experimentalanalysisofllocsbreakageprocess．GUOXuan,YANGYan-ling。，LIXing,ZHOUZhi-wei，MAChang-hong,ZHANGYang(CollegeofArchitectureandCivilEngineering，BeijingUniversivyofTechnology，Beijing100124，China)．ChinaEnvironmentalScience，2015，35(5)：1429-1435Abstract：Inordertoexp

4、lorethesonicationconditionfortheidealcavitationefectandtofindoutthebreakagemechanismoffloesexposedtoultrasound，amodelofcavitationalbubbleandtwosortsofsimplifiedmodelsofdiffusion-limitedaggregation(DLA)flocbreakagewereestablishedandsimulatedbasedonMatlab．Thepracticalfloesbreakagepatternswe

5、reverifiedthroughexperimentalanalysis．Theresultsindicatedthatthecavitationefectdecreasedastheultrasonicfrequencyincreased．Theincreaseofultrasonicdensityledtotheincrescentamplitudeofcavitationbubble，whenthesonicationdensitywas7W／mL，theradiusofcavitationbubblesCanbeenlargedto200timeslongera

6、ndthecavitationefectwasfairlygood．Whenthefloesweretreatedatlowenergydensity(0．03-3W／mL)andlowfrequency(25-40kHz)ultrasonication，surfaceerosiondominatedthebreakageefect，whichwasreflectedbydecreasedradiusandincreasedfractaldimensionofflocs．Whentheenergydensityexceeds3W／mLorthefrequencysurpa

7、sses40kHz，thelargescalefragmentationwasthemainmechanism，leadingtothesmallerfloessizeandlooserstructures．Thesonicationofthefrequencyof40kHzismorebeneficialtofiocsbreakage，withtheexperimentalresultthat10minutes’ultrasonicationCanleadtoadinimutioinrateof9．8％oftheradius