《湍流共振聲空化發生器及其特性研究》是依託陝西師範大學，由沈壯志擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：湍流共振聲空化發生器及其特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈壯志
- 依託單位：陝西師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
提出一種新穎的湍流共振聲空化發生器。它克服了常規水力空化發生器空化強度低，電動式聲空化能耗高、處理量小等弊端，具有結構簡單、空化強度高、處理量大、工作條件低等優點。本項目將研究它的特性，為設計該類空化發生器提供理論和實驗依據，以進一步開拓其性能。主要研究內容：1、設計出匹配的噴嘴、障體和振動體，組成共振系統，將有限元最佳化與計算流體動力學結合，分析其發聲特徵和機理，探究與聲波特徵有關的聲參量的控制途徑和方法，以提高發聲率和聲強級，使其能在更大範圍內形成有效的空化區域。2、研究空化流場中氣泡的分布特徵，探索調控水力多泡控制方法和途徑。3、研究建立湍流共振聲空化發生器對有機污染物降解處理的適應範圍。研究新型大功率聲空化發生器是探尋大流量處理液體的重要途徑之一，這對於發展具有無二次污染特點的綠色污水處理技術，對我國水環境保護具有重要意義和套用前景。
結題摘要
一、背景：物理法處理污水，因不產生二次污染受到廣泛的關注。其中的超聲空化法，因可以廉價簡易地集高溫、高壓、機械剪下和破碎為一體，為物理方法進行有機污染物降解和水體淨化處理創造了特殊的形式，而且超聲空化對許多種難降解的“三致”有機污染物能夠有效地降解，更是為人們所重視。但傳統超聲空化，由於其自身的特點，制約著聲空化的工程套用。因此研究開拓新穎的高能量利用率的高強度空化發生器，是解決工程套用的最重要途徑。 二、主要研究內容：研究一種新穎的水動力聲空化發生器—“湍流共振聲空化發生器”，研究它的結構特點，發聲特徵，氣泡的分布特點以及它的處理效果。 三、重要結果：1、用有限元法對湍流共振發生器進行數值模擬，結果表明，形狀、結構和尺寸對湍流場的壓力分布、速度分布以及空化場分布影響非常明顯，進而也影響到聲場的分布特徵。當流場分布對稱時，四個桿的振動步調及幅度都一致，反之也然；2、為使桿的振動具有徑向振動特點，障體的直徑尺寸必須和發生器的入口直徑尺寸一致，噴嘴的喉部到障體之間的距離應非常小。3、對模擬設計的湍流聲共振發生器進行實驗研究，結果表明，桿起振壓力過高，並隨著壓力的增加，桿振動所輻射的聲壓級也增強，考慮到能耗的影響，壓力不宜過大。 4、小範圍改變噴距時，實驗顯示近場和遠場的聲壓級變化並不明顯，此後逐漸增加噴距，近場聲壓級變化並不明顯，但遠場的聲壓級下降較多，表明噴距不宜過大。 5、波導管的影響，相對於無波導管時的桿振動發聲傳播特性而言，在很寬的頻率範圍內，其諧波成分的聲壓級都很高。 6、相對於文丘里管而言，在同樣的壓力下，流場中的聲壓級大大提高，顯然要想提高水力空化處理效果，必須設計發聲的部件。 四、關鍵數據：湍流共振聲空化發生器的處理效果，與發生器的設計數據緊密關聯，仿真與實驗表明，障體的直徑與噴嘴的直徑之比應為3～2:1，噴嘴與障體的間距為1～3mm，振動桿距障體0.5～1.5mm，桿的直徑為1～2mm，在這樣的設計數據下，系統才能獲得良好的聲空化處理效果。 五、科學意義：設計湍流共振聲空化發生器，既可以解決傳統聲空化因空化區域小又解決傳統水力空化因空化強度低的弊端。對於耗量小、能效高、動力源方便的新型水力強聲空化化裝置的深入研究，在當前高度重視低碳低能耗技術的經濟發展模式的潮流中，有著積極的科學意義和社會進步意義。
