低频超声驻波场中中尺度气泡的动力学与传质特性研究

气泡在声场中的动力学行为非常复杂，目前国内外对其研究均是针对可忽略变形的小气泡。本项目针对工程上广泛存在的中尺度气泡，采用实验与数值模拟相结合的方法，系统研究20-50kHz低频超声驻波声场中，2-8mm气泡的流体动力学行为和传质特性。采用高速摄像与水下测声技术,实验研究超声场频率和强度、表观气速和流体粘性等因素对中尺度气泡的平均动力学行为的影响；建立拟均相流体模型直接数值模拟超声场中单个气泡和气泡对的瞬时动力学行为；理论分析气泡对之间的相互作用以及气泡与声场的相互作用，建立超声驻波对中尺度气泡的动力学影响的机制；采用氧吸收法测量在不同因素下的气液传质系数,分析气泡所受的声场力，探索气泡动力学行为与传质之间的关系。本研究的目的是深入理解中尺度气泡在声场作用下的流体动力学行为,揭示超声强化气泡传质的机理，为在泡状流系统中应用超声驻波技术强化传质,从而提高系统运行性能提供理论基础。