超声化学反应器内空化强度表征与影响因素

摘要

超声在清洗、医疗、声化学反应和污水处理等领域得到广泛应用，其主要动力为超声空化效应。超声空化作为超声化学反应的主动力，其在超声化学反应器内的强度与反应产率密切相关，对其进行测量、表征和影响因素研究不仅可以为提高超声化学反应效率提供理论基础，还可以指导超声化学反应器的设计和改进。由于超声空化具有复杂性和随机时空变异性，使得超声空化场的表征和影响因素研究不能满足超声化学反应器的设计要求。如何实现超声化学反应器内空化强度表征与影响因素研究，成为了超声化学发展过程中亟待解决的问题。
　　基于超声化学理论，分析了超声空化效应及影响因素，对现有各种超声空化强度测量方法进行比较，提出了一种改进电化学结合谱分析法测量超声空化强度，并用铝箔腐蚀法对该结果进行了实验验证，结果表明改进电化学结合谱分析法可以用来测量超声空化强度，实验结果与其他方法具有一致性。将该法应用到研究超声频率、反应器形状、换能器个数及排布方式对超声空化强度的影响过程中。对比了20 kHz、50 kHz和80 kHz低频超声空化强度结果表明，超声空化强度随着频率升高而降低，20kHz超声输入条件下的空化强度是80kHz的5倍，而50kHz超声输入条件下的空化强度是80kHz的3倍，不同频率间的协同作用会加强空化，引入不同频率的协同作用效果较单纯增加换能器个数要好。对比正八棱柱形和长方体超声化学反应器的空化强度，发现正八棱柱反应器的空化强度更高，因为该形状较长方体反应器侧壁面数量多，不容易形成驻波，空化死角少，有利于超声空化发生。研究还发现增加换能器个数会提高超声空化强度，换能器安装在壁面上的空化效果比底面好；反应器内盛装介质具有谐振液位，不同频率的谐振液位不同，谐振液位间隔值随着频率的升高而增加。相关研究成果可以用于指导超声化学反应器的设计过程。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1课题背景及意义

1.2超声化学

1.3超声波性质

1.4超声空化

1.5本文研究内容

第二章 空化强度表征方法及实验装置

2.1实验设备

2.2谱分析法

2.3电化学检测法

2.4铝箔腐蚀法

2.5本章小结

第三章 空化强度影响因素

3.1测量位置影响分析

3.2频率对空化强度的影响

3.3频率漂移

3.4反应器形状对空化强度的影响

3.5换能器排布对空化强度的影响

3.6多频协同作用对空化强度的影响

3.7液位对空化强度的影响

3.7本章小结

第四章 结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢