新的空化形式揭示声-流耦合空化机理

2018-10-08 18:50:10     来源:声学研究所

空化(cavitation)通常是指液体中压强下降到足够低时,气泡或者气泡群的生成及演化的现象。空化往往伴随着高温高压、冲击波、微射流及其衍生的生物化学效应,在液体处理、环境工程、医疗等很多领域有广泛的应用。


传统的超声空化和水力空化在范围或强度方面存在局限性,无法满足工业应用中高强度、大范围空化场的需求。近年来,一些研究者将超声空化和水力空化并联起来,即声-流耦合空化,降解水中的有机物,发现其化学反应效果相比单独空化显著增强,存在协同效应,能显著提高空化处理效果。

新的空化形式揭示声-流耦合空化机理

这种新的空化形式为空化工业规模应用提供了新思路。然而,截至目前,国际上仅有的几篇相关研究文献,基本都是利用声-流耦合空化对各种有机物降解的化学实验和效果比较,对声-流耦合空化本身的物理特性和机理研究几乎空白。


近期,中国科学院声学研究所超声技术中心博士吴鹏飞等人对声-流耦合空化机理展开了系统研究,揭示了声-流耦合空化的物理机制。相关成果于7月21日在线发表于国际学术期刊Ultrasonics Sonochemistry。


吴鹏飞等人搭建高速摄影和空化噪声同步观测的声-流耦合空化实验平台,观察分析声-流耦合场中空化泡、空化云的演化规律及相应的空化噪声特征。研究人员提出了空化强度的一种新表述,和一种基于高速摄影图像分析来测量空化强度的方法,进一步对声-流耦合空化的时间演化周期性和空间强度分布进行定量计算。


基于高速摄影图像分析来测量空化强度,主要分为两个环节。第一步,建立空化状态变量q与透过空化云的光强分布之间的物理关系(图1黄色箭头);第二步,从观测照片中提取光强分布信息,结合第一步得出空化状态变量,再对空化状态变量进行时间平均,即可得到表征空化强度的量。


实验分析结果表明,相比单独的超声空化或水力空化,声-流耦合空化的强度和作用范围出现显著提升(图2),存在协同效应。


理论模拟的声-流耦合空化泡的膨胀溃灭,相比单独水力空化和单独超声空化,表现得更为剧烈。综合实验观测和理论分析,声-流耦合空化使空化加强的物理机制主要有三方面:空化核源补给、空泡裂解增生和空化阈值降低。


该研究得到国家自然科学基金(No.11674350,No.11174315)资助。

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

我来说几句

* 获取验证码
最新评论

还没有人评论哦,抢沙发吧~

为您推荐

​巴斯夫与泸天化签署合作,共建节能二甲醚合成工艺建造试验装置
​巴斯夫与泸天化签署合作,共建节能二甲醚合成工艺建造试验装置
06月19日 09:09   ​巴斯夫  泸天化  二甲醚
​丹化科技拟110亿元收购江苏斯尔邦石化100%股权
​丹化科技拟110亿元收购江苏斯尔邦石化100%股权
06月18日 09:56   ​丹化科技  江苏斯尔邦石化
近红外光谱、高光谱成像、拉曼光谱技术在肉类掺杂掺假鉴别方面应用进展
近红外光谱、高光谱成像、拉曼光谱技术在肉类掺杂掺假鉴别方面应用进展
06月17日 16:52   拉曼光谱技术  光谱技术  无损检测技术  肉制品
浅析微流体系统中的扩散和混合
浅析微流体系统中的扩散和混合
06月17日 16:41   微流体
美国加大对伊朗石油制裁 伊朗石化业能否抗住
美国加大对伊朗石油制裁 伊朗石化业能否抗住
06月17日 15:30   石油  石化业
国家油气管网公司定位为副部级央企 由国资委直接管理
国家油气管网公司定位为副部级央企 由国资委直接管理
06月17日 13:54   国家油气管网  国资委
组建国家石油天然气管道公司 是我国油气体制改革关键
组建国家石油天然气管道公司 是我国油气体制改革关键
06月14日 14:41   天然气  管道  油气
用煤淡季的下游电厂需求疲软 港口煤价震荡运行
用煤淡季的下游电厂需求疲软 港口煤价震荡运行
06月14日 14:12   电厂  煤价  动力煤
化工企业应急管理存在问题与体系建设
化工企业应急管理存在问题与体系建设
06月13日 19:04   化工企业
出于安全的考虑,我国加氢站选址和建设标准要求高
出于安全的考虑,我国加氢站选址和建设标准要求高
06月13日 14:10   加氢站  氢燃料
连续流技术在光反应方面的应用
连续流技术在光反应方面的应用
06月12日 16:42   连续流  光化学  反应器
德国化工园区的发展得益于这七种优势
德国化工园区的发展得益于这七种优势
06月12日 16:30   化工园区
建立夏天无HPLC指纹图谱及多指标成分测定方法
建立夏天无HPLC指纹图谱及多指标成分测定方法
06月11日 16:23   夏天无  罂粟  色谱仪
全球首个铁路智能信号灯系统