分散颗粒和超声场对鼓泡塔内传质性能的影响

用双电导探针气泡特征参数测量系统实时测定超声场与分散颗粒(活性炭)对鼓泡塔水+CO₂体系气泡Sauter直径和体积传质系数影响的变化规律。实验结果表明:无活性炭颗粒添加时,多频超声场比单频超声场更有利于提高体积传质系数,输入功率为100 W、组合超声频率为20-50-100 kHz时,体积传质系数增幅达40%~64%;加入活性炭颗粒后,体积传质系数随加入活性炭固含量的增大呈现先增大后逐渐减少的趋势,气泡Sauter直径变化规律相反,当体系中活性炭固含量为1.0 kg·m^-3时,传质增强最明显。体积传质系数随加入活性炭粒径的减小呈现增大的趋势。与无活性炭颗粒(d_s=0)比较,活性炭(固含率1.0 kg·m^-3)粒径d_s=38 μm时,液相体积传质系数在扣除吸附传质效果后仍增大1.58倍,同时引入超声场后,当组合超声频率为20-50-100 kHz,超声功率100 W时,液相体积传质系数增大2.02倍,可见超声场和分散颗粒对气液传质有显著的协同强化作用。     

微/纳米氧化铝/环氧树脂复合材料耐局部放电腐蚀能力的研究

为研究微、纳米氧化铝无机颗粒对环氧树脂耐局部放电腐蚀能力的影响,制备出了不同含量微/纳米氧化铝/环氧树脂复合材料。通过针板电极进行局部放电实验,观察样品表面的腐蚀深度,研究了微、纳米氧化铝无机颗粒对环氧树脂耐局部放电腐蚀能力的影响。结果表明,微/纳米氧化铝均提高了环氧树脂的耐局部放电腐蚀能力,纳米氧化铝的提升效果优于微米氧化铝。当纳米氧化铝颗粒含量增加时,复合材料的耐局部放电腐蚀能力逐渐增强;当微米氧化铝颗粒增加时,复合材料的耐局部放电腐蚀能力呈现先上升后下降的趋势。当微米氧化铝颗粒的质量分数达到40%时,微米氧化铝耐局部放电能力达到最大。     

超声空化对换热器换热效果影响的研究

应用Fluent软件模拟了超声空化对换热器中不同管型(波纹管和横纹管)换热效果的影响,并应用场协同理论对数值模拟的结果进行了分析,结果表明:超声空化效应会增强换热管的换热效果,并且空化泡数量越多空化效果越明显;场协同数随着空化泡数的增加而减小,说明超声空化效应越明显,温度场与速度场的协同程度越差;在换热管入口和超声波加入点处的场协同数均大于无超声波影响处的场协同数,此时温度场与速度场的协同程度较好。     

氧化铝增强无机硅酸锌涂层的电化学阻抗谱研究

无机硅酸锌涂层是一种广泛使用的钢铁重防腐涂层。采用在涂料填料中加入氧化铝的方法可以得到具有更好耐磨性能的富锌涂层。本实验研究利用电化学阻抗谱法(EIS)研究了氧化铝的加入对涂层腐蚀防护性能的影响,结果表明氧化铝颗粒的加入使涂层的腐蚀防护性能略有提高。     

圆球型声化学反应器内声场的数值模拟与实验研究

利用计算流体动力学CFD商业软件-FLUENT,以多相流模型中的混合物模型(Mixture)为基础,并耦合空化模型,对自主开发研制的圆球型超声化学反应器内空化场进行了数值模拟。反应器内空化场为液态水和空化汽泡二相流动问题,研究了空化模型参数的影响,对数值模拟的结果包括超声振动时的压力场、气含率场的分布进行了分析讨论,并与声压测量实验及铝箔空蚀实验结果比较,实验数据和模拟结果基本吻合。空化模型中,不可压缩气体的质量分数越大,水中O点处的气含率越高,压强波动幅度越小;水的饱和蒸汽压越高,O点处的气含量越大,且波动幅度越大,但压强幅值变化程度越小。本项研究表明CFD技术的应用对于超声声场分析具有重要的参考价值,对声化学反应器设计理论的发展具有指导意义。     

微细固体颗粒对CO2吸收速率的影响

利用恒温反应器研究了颗粒性质对CO2在浆液中吸收的影响。实验选用三种溶剂：水、环己烷和大豆油,在其中分别加入不同性质的固体颗粒：活性炭、活性氧化铝和硅胶作为研究体系。结果发现,水溶液中只有活性炭表现出了明显的吸收强化效果;而在环己烷溶液中则相反,活性炭失去了强化作用,Al2O3和硅胶却对吸收起到了促进效果。由此说明能够具有吸收强化效果的颗粒需要具有两方面的性质：憎溶剂性及对溶质较高的吸附容量。同时,根据实验结果,增强因子随颗粒浓度的增加会渐进地趋于一个恒定值;搅拌速度提高强化因子会随之降低。表明强化因子与颗粒在气液界面的覆盖率有关,搅拌速度提高界面覆盖率下降。     

超声辅助制备SBS改性沥青空化泡数值模拟与性能研究

超声空化效应可以促进沥青的改性,利用Fluent流体仿真软件,对熔融SBS改性沥青流体中超声空化泡进行数值模拟,分析了单个空化泡在膨胀-压缩一个周期内的形态变化以及整个流体域的压强变化,从而计算出单个泡压缩或溃灭时产生的瞬时的高温高压环境以及释放的能量。同时结合超声辅助制备SBS改性沥青实验,通过常规性能的测试,说明超声能提高其高低温性能;离析实验以及荧光显微图像说明超声能细化SBS颗粒,改善SBS颗粒在沥青体系的分散效果;老化后的黏度变化和老化前后的FTIR说明了超声工艺可以提升改性沥青的抗老化性能。     

超声波对活性炭吸附苯酚相平衡的影响

研究了超声波条件下的苯酚水溶液 +活性炭体系的相平衡以及超声波强度和第三组分的加入对这种相平衡关系的影响。研究结果表明 :与无超声波同温度下的常规脱附过程相比 ,超声波能够通过空化作用将能量施加于体系的分子上 ,使体系的相平衡明显向固相吸附量减少的方向移动 ;将乙醇或乙酸乙酯作为第三组分加入苯酚水溶液 +活性炭吸附体系 ,也可改变原有的吸附相平衡关系 ,使体系的相平衡向固相吸附量减少的方向移动 ,在超声场的同时作用下 ,这种相平衡关系的变化更为明显     

玻璃珠强化超声空化效应的研究及应用

研究了玻璃珠对超声空化效应的强化作用,探讨了玻璃珠粒径、剂量对超声辐照纯水产生H2O2的影响,研究了玻璃珠对超声氧化降解染料废水中亚甲基蓝的强化效果。结果表明,玻璃珠的加入能够强化超声空化作用。当玻璃珠粒径为0.120 mm、投加质量浓度为10 g/L时超声空化效果最好,H2O2的产量提高了1.8倍。在此条件下,超声氧化降解亚甲基蓝的去除率可达73.8%。     

生物滤料滤池处理姚江微污染水源水

通过中试试验,考察了不同滤料介质的生物滤池对于姚江微污染水源水的处理效果。结果表明,双层生物滤料滤池能够有效地去除有机物、氨氮等污染物质,可以延长滤池反冲洗周期,并能在短时间内恢复到正常处理能力,适合于传统滤池的改造。采用颗粒活性炭-石英砂滤料滤池的综合处理效果优于同类型的颗粒活性炭-沸石滤料滤池,通过加入少量臭氧(0.8～1.0mg/L)可以提高生物滤池的去除效果。     

多超声振子作用下气泡动力学数值模拟

超声对强化吸收制冷循环中发生器内溴化锂水溶液沸腾传热有重要意义,目前开展的相关研究较少,尤其多超声振子气泡动力学方面的理论尚未报道。为探究振子数量对溶液空化特性的影响,构建多振子气泡动力学模型,以纯水为例验证了模型准确性,探讨了不同影响因素对溶液空化特性的影响。模拟结果表明：总声强为1 W/cm²,振子数量由1增加至5时,空化气泡最大半径增加了44.12%,振子数量达到24～25个时,气泡最大半径增加率仅为1%;发生压力对空化效应的影响随着振子数量的增多而增大,单振子在吸收制冷系统的真空发生器更易产生稳态空化,而多振子更易在真空发生器内产生瞬态空化;多振子频率均匀度越小,空化强度越大,声强均匀度对空化强度的影响可忽略。     

平行与交叉双声束声场中的声化学反应研究

给描述超声空化效应动力学过程的Noltingk-Napprias方程增加了一个表征外界随机微扰的修正项,通过对这个方程的解发现,声场施加微扰后,可使空化的空化泡数量增加。在此理论基础上,设想采用交叉双声束声场实现对声场施加微扰。实验结果证实,采用交叉双声束声场后声场中的声化学产额(分别以溶液pH值改变,电导率改变表征)较平行双声束声场增加约11%~13%不等。这一结果对于声化学反应器提高声化学产额有意义。     

Cavitation erosion of structural ceramics

Various aluminas, zirconias, silicon carbides, silicon carbide-boron carbide composites, boron carbide and a sialon were eroded for up to 30 h in distilled water at 18°C using an ultrasonic vibratory facility operating at 20 kHz with a peak-to-peak amplitude of 50 μm, and the progress of erosion was followed by using weight loss and microscopical techniques. The measured incubation period (weight loss less than 0·1 mg) varied from 15 min for reaction-bonded silicon carbide to 150 min for 99·9% alumina, and the maximum erosion rate varied from 0·11 mg/h for sialon to 8·25 mg/h for 97·5% alumina. Overall, sialon had the highest resistance to cavitation erosion. Some results depended critically on the surface finish. Microscopical details are presented, and their relationships to the erosion damage are discussed.     

超声波对液相中微颗粒凝聚过程的作用机理

通过模拟实验研究揭示超声波对液相中微颗粒凝聚过程作用机理,为超声波去除钢液中夹杂提供实验依据. 在功率15~30 W的范围内,超声波的声流作用很明显,可将液相中的微颗粒聚集于声压较小的区域. 如果超声波功率在一定临界值(本研究为60 W)以下,振动作用将超过空化分散作用,使颗粒凝聚成团,生成的空化气泡起到聚集已生成的颗粒团并使之长大的作用,得到颗粒团粒径和超声功率的关系式为：dcluster=0.539e0.523P (060 W).     

超声辐射在湿法制备Al2O3纳米粉中的作用

在超声场中,采用湿化学法制备了碱式碳酸铝铵前驱体,通过改变超声频率、超声功率,在沉淀阶段和陈化阶段同时引入超声辐射的作用的情况下,研究了超声辐射对前驱体向氧化铝转变过程的影响.结果表明:超声频率越高,α-Al2O3的形成温度降低而结晶程度提高.超声功率越大,前驱体一次颗粒粒径越细小,α-Al2O3的形成也越容易,但是由于团聚的存在,过大的超声功率反而增加α-Al2O3形成的难度.在陈化过程中继续施加超声辐射,更易得到细小分散的前驱体,有利于α-Al2O3的形成.     

超声强化溶胶-凝胶反应制备氧化锆纳米粉体

本研究探讨了不同声场条件对氧氯化锆水解反应生成氢氧化锆凝胶以及所得的氧化锆纳米粉体结构和形貌的影响。发现合适条件的超声场所产生的空化作用可以促进胶体成核速率,降低胶粒的比表面能,抑制胶粒聚集,并破坏团聚体,对氧化锆纳米粉体的制备起到强化促进作用,所得粉体颗粒较小且分布窄。相反不合适条件的声场可能会迫使胶粒聚集,促进团聚的形成,所得粉体的粒径较大且不均匀。     

声空化场强化沸腾传热机理

引　言声空化是指向液体中辐射声波时 ,在一定压强下液体中出现的微小汽泡随着声压的变化作脉动、振荡或伴随有生长、收缩以至破灭的现象[1] .采用声空化技术强化传热的方法因涉及空化现象而不同于 2 0世纪 5 0～ 6 0年代仅依靠超声波使液体产生机械振动以达到强化传热的方法 .文献 [2 ,3]就声空化场对单相对流传热的影响进行了实验研究 ,结果表明 :传热强化效果分别高达 3倍和 4倍 ;文献[4 ]在研究了超声波对淬火的影响后指出 :由于超声的空化作用使淬火冷却 3个阶段中的膜沸腾传热提前结束 ,核沸腾传热提前到来 ,因而使介质冷却强度提高 5…     

强化换热管型对超声波传播特性及空化效果的影响

目前对于超声波除垢效果影响因素的研究主要局限在超声波参数和换热介质参数两方面,而对于管道几何结构对超声波除垢效果影响的研究少有报道。为解决这一问题,通过自制超声波实验台分别采用圆管、波纹管、螺纹管和横纹管测量不同管道入口和出口处的声强和空化噪声积分数,对超声波在不同管道中的传播特性和空化效果进行了分析,并深入分析了影响机理。结果表明,管道的几何结构对超声波传播特性和空化效果有着明显影响,相比于圆管,超声波在强化换热管中的传播特性较差,但是由于湍流强度的增加,超声波在横纹管和螺纹管中的空化效果要优于圆管,而波纹管中由于过高的湍流强度空化效果反而比圆管差。     

Early stage cavitation erosion within ceramics—An experimental investigation

Six ceramic material types were considered within an experimental investigation to identify the erosion damage mechanisms resulting from cavitation exposure. These materials were a Y-TZP-type zirconia, different commercially available silicon nitrides, a high-purity alumina and a hardened high-nitrogen stainless steel as reference. An ultrasonic transducer was utilised to produce cavitation conditions and the configuration was “static specimen method” using a 5-mm diameter probe, 20-kHz and 50-μm amplitude. The exposure times were periods from 15 s to 3 h.Experimental methods employed to characterise wear mechanisms were light microscopy, scanning light interferometry and scanning electron microscopy.It was found that the zirconia and silicon nitrides demonstrated evidence of local pseudo-plastic deformation or depression prior to more pronounced erosion damage by fracture. Zirconia showed evidence of delayed surface changes when the sample is at rest stored in air, possibly by spontaneous phase transformation after the completion of the erosion tests. Alumina showed evidence of brittle surface fracture and negligible or no pseudo-plastic deformation. All wear mechanisms are discussed, and the materials are ranked in terms of cavitation resistance performance.