机械搅拌对声空化动力学特性的影响

摘要

涡流场影响着声场分布,进而影响着声空化特性,以机械搅拌产生的涡流场为研究对象,使用COMSOL软件数值模拟了不同搅拌速度下的声场分布情况.结果显示,机械搅拌增加了声场分布的均匀性和声压幅值.接下来将仿真得到的瞬时声压值用Origin软件拟合,然后将拟合得到的声压函数代入Keller-Miksis气泡动力学方程中,得到了不同搅拌速度下空化泡的半径随时间的变化情况,从计算结果中发现,未加机械搅拌的条件下,只有z=7.3 cm截面上有空化效应产生.最后根据所得到的空化泡半径,计算了空化泡内部的温度.结果显示,空化泡在有搅拌存在的条件下,内部温度得到了大幅增加,当搅拌速度达到1000 r/min后,空化泡内部温度会随着搅拌速度的增加而降低.最后设计实验验证了仿真结果.仿真得到的结果不仅从理论上解释了机械搅拌提高有机溶液超声降解率的原因,还发现了过高的搅拌速度会降低声空化强度,从而降低声化学反应速率,这为通过机械搅拌来进一步提高超声降解率提供了新思路.