声-流耦合空化研究

Hydrodynamic-Acoustic-Cavitation (HAC) is a forward research direction. The bubbles in the hybrid region can be called either ultrasonic cavitation bubbles or hydrodynamic cavitation bubbles. But they are not the traditional ultrasonic cavitation bubbles or hydrodynamic cavitation bubbles. Due to the influence of excitation pressure and cavitation nuclei, hybrid cavitation is characterized by the periodic and high-speed movement. Therefore, the traditional hydrodynamic cavitation theory and ultrasonic cavitation theory are no longer applicable to the hybrid cavitation phenomenon. The investigation on the cavitation bubble, cavitation cloud and cavitation field of Hydrodynamic-Acoustic-Cavitation will enrich our understanding of cavitation phenomenon. Hydrodynamic-Acoustic-Cavitation has the advantages of ultrasonic cavitation and Hydrodynamic cavitation, and the complementary advantages have the potential of amplification. The project is going to compare, analyze and synthetically study the mechanism, characteristics and influencing factors of acoustic flow coupling cavitation by means of experimental observation, theoretical analysis and numerical simulation. On this basis, the optimization design and effect evaluation of Hydrodynamic-Acoustic-Cavitation system will be carried out, and HAC organic wastewater treatment technology will be established.

声-流耦合空化是一个新的前沿研究方向，置身于耦合区域内的空泡既可以称之为超声空泡，也可以称之为水力空泡，但又并非传统意义上的超声空泡和水力空泡。由于压力激励模式和气核的变化，使超声空化所特有的周期性介入到水力空化中，使水力空化所特有的高速宏观移动介入到超声空化中，这样传统的水力空化理论和超声空化理论已不适用于这种耦合空化现象。研究声-流耦合空化中独特的空化泡、空化云和空化场特性和内在规律将丰富我们对空化现象的理解和认知，具有非常重要的科学意义和学术价值。同时声-流耦合空化兼具超声空化和水力空化的优点，优势互补具备工业放大的潜力。本项目拟采用实验观测、理论分析、数值模拟相结合的研究方法进行比较、分析、综合研究声-流耦合空化机理、特性及其影响因素，并以此为基础对声-流耦合空化系统进行优化设计和效果评价，建立并完善声-流耦合空化有机污水处理技术。

声-流耦合空化是一个新的前沿研究方向，置身于耦合区域内的空泡既可以称之为超声空泡，也可以称之为水力空泡，但又并非传统意义上的超声空泡和水力空泡。由于压力激励模式和气核的变化，使超声空化所特有的周期性介入到水力空化中，使水力空化所特有的高速宏观移动介入到超声空化中，这样传统的水力空化理论和超声空化理论已不适用于这种耦合空化现象。本项目采用实验观测、理论分析、数值模拟相结合的研究方法进行比较、分析、综合研究声-流耦合空化机理、特性及其影响因素，并以此为基础对声-流耦合空化系统进行优化设计和效果评价，建立并完善声-流耦合空化有机污水处理技术。本项目设计搭建了一套高速摄影和空化噪声同步观测的声-流耦合空化实验平台。利用该平台，得到了声-流耦合场中空化泡、空化云的演化动态及相应的空化噪声。引入了空化状态变量q的概念，给出了基于q积分形式的空化强度表述。提出了一种基于高速摄影图像分析来测量和表征空化状态变量及空化强度的方法。建立了声-流耦合空化的简化物理模型。通过对流场和声场进行简化，在经典的单个超声空化泡动力学方程基础上添加了声-流耦合压力项，得到了描述声-流耦合场中单个空化泡振动的方程。结合易发生流体空化的文丘里管结构、弯头结构和反弧结构的各自特点，设计出一种新型水力空化发生器——弯曲文丘里水力空化发生器，以及它的变体。发现弯曲文丘里水力空化发生器具有许多常规水力空化发生器不具备的独特的空化性质。研究声-流耦合空化中独特的空化泡、空化云和空化场特性和内在规律将丰富我们对空化现象的理解和认知，具有非常重要的科学意义和学术价值。同时声-流耦合空化兼具超声空化和水力空化的优点，优势互补具备工业放大的潜力。