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声化学反应器中声场及空化场研究

张涛  
【摘要】:随着超声学的迅速发展,超声技术在很多行业中得到广泛应用,在近几年,除了功率超声、水声、超声检测、医学超声、超声清洗等经典超声学科外,超声化学、超声生物学等声学边缘学科也迅速发展,在这些领域内不断有新的成果出现。 综合国内外研究资料可以发现,从事声化学研究的学者大多数都是从事化学专业或与化学相关的环境或水处理等专业,尤其是国外,声学专业从事声化学研究的人很少。因而过去几年的研究一直是以最终化学产物生成率或降解率等化学参数为目的,把超声介入只作为一个辅助条件。 对于声化学反应机理,现在统一的解释就是超声的声空化作用。对于声化学反应,不论是超声合成、超声催化还是超声降解,反应的主动力就是声空化,而声空化的产生及其强度和超声的诸多声学参量是密切相关的,因而,研究声化学反应器中的声场及空化场以及两者之间的密切关系,是声化学研究急需解决的问题。 笔者综合国内外学者关于声化学反应器的设计思路,设计了侧壁黏结换能器清洗槽式声化学反应器,改变频率定性测量反应器中的声场和空化场分布,研究不同频率的超声在水中传播的吸收情况、声空化和声压或声强的关系以及一定频率的超声在水中的有效空化范围。 本文共做了以下工作: (1) 分别以矩形振动板和无限大障板上活塞为振动元对反应器中声场进行计算,给出声场的理论分布和指向性,并预测反应器中实际声场和空化场分布: (2) 在27kHz换能器辐射下,测量反应器中声场和空化场,对结果进行对比分析; (3) 在37kHz换能器辐射下,测量反应器中声场和空化场,对结果进行对比分析; (4) 对27kzHz和37kHz测得的结果进行综合对比分析,给出不同频率下反应器中的声场和空化场分布、声衰减情况和超声空化有效范围。 本文通过对声化学反应器中声场和空化场的研究,得到两种频率下超声空化 场的分布和声空化的有效范围等结论,对设计高效声化学反应器有一定的指导意 义,为声化学进一步应用于实际工业生产和环境保护提供了一些思路。


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