混沌声化学反应器的特性研究

A novel chaos sonochemical reactor is put forward.It overcome some shortcomings,such as standing wave sound field and fluid mixing efficiency low with normal sonochemical reactor.It has advtantages such as simple structure、uniform sound field distrubtion、large treatment capacity、low energy consumption and low working conditions. Its features will be studied in the project. Aim is to provide theoretical and experimental basis for designing this kind of sonochemical reactors.The main research contents are:.1、The matching inlet structure of the reactor and structure of the vortex component.The finite element method and computational fliud dynamics are used. The sound propagation characteristics is analysed in chaos flow field. In order to improve the acoustic cavitation bubble in liquid with reasonable time and space distribution,the effects of distribution of pressure field and velocity field in chaos flow field on the sound propagation are studied..2、The distribution features of the bubbles are researched in the chaos flow field.The control way and method of the mul-bubbles are studied..3、Study and establish the range of the chaos sonochemical reactor on organic pollutants degradation process..Studing novel chaos sonochemical reactor is one of the important way for large flux treatment fluid. It has important significance and application prospect for developing green sewage treatment technology without secondary pollution and our country's water environment protection.

提出一种新颖的“混沌声化学反应器”，它克服了传统声化学反应器存在驻波声场以及流体混合效率低等缺点，具有结构简单、声场分布均匀、处理量大、能耗低等优点。本项目将研究它的特性，为设计该类声化学反应器提供理论和实验依据，以进一步开拓其性能。主要研究内容：1、设计匹配的反应器入口结构与涡流器件的结构，将有限元优化与计算流体动力学相结合，分析声波在混沌流场中传播特性，探究混沌流场中压力场与速度场分布对声波传播特征的影响，以提高声空化气泡在液体中具有合理的时空分布。2、研究混沌流场中气泡分布特征，探索多泡控制方法和途径。3、研究建立混沌声化学反应器对有机污染物降解处理能力。研究新颖的混沌声化学反应器是探索大流量处理液体的重要途径之一，这对于发展具有无二次污染特点的绿色污水处理技术，对我国水环境保护具有重要意义和应用前景。

随着工业发展，大量污染物长期滞留在水环境中，不仅会危害水生物和人体健康，也会造成水资源无法再利用，从而加重了水资源的匮乏,影响了社会可持续发展，所以水体污染必须净化。超声净化技术由于不存在二次污染而受到广泛关注。但传统的超声污水处理技术，因驻波场的存在，整个反应器只有部分发挥效果，因此消除声驻波场提高反应器效率是研究的主要内容。. 本项目主要研究混沌声化学反应器，包括流场混沌和声场分布混沌。研究发现当流场中产生涡流时，流体出现混沌，声场的分布特性也随之改变。当涡量越大，声波在反应器内的散射现象越明显，声驻波场的现象越薄弱，（即反应器内的声场分布越混乱）。因此超声处理效果也增加。但是涡量增加到一定程度后，其处理效果却随涡量的增加而下降。主要原因在于涡流场的出现意味着反应器内的液体反复进行分割和重组，加强液体混沌混合，提高了传质系数，使反应液体好像得到最大可能的超声辐射，进行最有效的反应。但涡量增加到某一程度后，反应器内每层液体的转速差异变大，会使液体之间产生较大剪切力。较大的剪切力会撕裂气泡，使气泡未膨胀到发生崩溃状态时就破裂了。而气泡只有发生崩溃才能产生高活性的氧化物，污水中的有机物才能够被降解，因此，当涡量过大时，反应器内自由基等高活性的氧化物的数量降低，导致超声降解效果下降。所以反应器内既要通过涡流场产生混沌声波场，又要考虑超声处理效果，这对研究超声在污水处理领域中的应用具有重要的意义。