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1、中國(guó)環(huán)境科學(xué)2015，35(5)：1429-1435ChinaEnvironmentalScience超聲空化及絮體破碎過程的模擬與試驗(yàn)分析郭璇，楊艷玲，李星，周志偉，馬長(zhǎng)紅，張洋(北京工業(yè)大學(xué)，北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100124)摘要：為探究利于空化效應(yīng)的超聲條件及超聲波破碎絮體機(jī)理，基于Matlab平臺(tái)建立空化氣泡模型及2種簡(jiǎn)化的有限擴(kuò)散聚集(DLA)絮體破碎模型，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，并通過試驗(yàn)分析得到實(shí)際絮體破碎模式．結(jié)果表明：隨著超聲頻率的增加，空化效應(yīng)減弱；聲能密度的增加導(dǎo)致空化氣泡振幅增大，聲能密度為7W／mL時(shí)氣泡振幅可達(dá)初始半徑的200
2、倍，空化效果較好．低聲能密(O．O3～3W／mL)和低超聲頻率(25--40kHz)處理絮體時(shí)，剝蝕作用為主導(dǎo)作用，超聲后絮體粒徑減小，分形維數(shù)增大；聲能密度超過3W／mL或頻率大于40kHz，大規(guī)模破碎占主導(dǎo)作用，實(shí)際絮體粒徑減幅小且結(jié)構(gòu)散．40kHz的超聲頻率更利于絮體的破碎，作用10min后，絮體粒徑減幅達(dá)9．8％，分形維數(shù)為1．394，結(jié)構(gòu)更加密實(shí)．關(guān)鍵詞：超聲；空化效應(yīng)；數(shù)值模擬；有限擴(kuò)散聚集：絮體破碎中圖分類號(hào)：X703，TU991．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—6923(2015)05-1429—07SimulationofuRrasoundcavit
3、ationbubb~andnumerical／experimentalanalysisofllocsbreakageprocess．GUOXuan,YANGYan-ling。，LIXing,ZHOUZhi-wei，MAChang-hong,ZHANGYang(CollegeofArchitectureandCivilEngineering，BeijingUniversivyofTechnology，Beijing100124，China)．ChinaEnvironmentalScience，2015，35(5)：1429-1435Abstract：Inordertoexp
4、lorethesonicationconditionfortheidealcavitationefectandtofindoutthebreakagemechanismoffloesexposedtoultrasound，amodelofcavitationalbubbleandtwosortsofsimplifiedmodelsofdiffusion-limitedaggregation(DLA)flocbreakagewereestablishedandsimulatedbasedonMatlab．Thepracticalfloesbreakagepatternswe
5、reverifiedthroughexperimentalanalysis．Theresultsindicatedthatthecavitationefectdecreasedastheultrasonicfrequencyincreased．Theincreaseofultrasonicdensityledtotheincrescentamplitudeofcavitationbubble，whenthesonicationdensitywas7W／mL，theradiusofcavitationbubblesCanbeenlargedto200timeslongera
6、ndthecavitationefectwasfairlygood．Whenthefloesweretreatedatlowenergydensity(0．03-3W／mL)andlowfrequency(25-40kHz)ultrasonication，surfaceerosiondominatedthebreakageefect，whichwasreflectedbydecreasedradiusandincreasedfractaldimensionofflocs．Whentheenergydensityexceeds3W／mLorthefrequencysurpa
7、sses40kHz，thelargescalefragmentationwasthemainmechanism，leadingtothesmallerfloessizeandlooserstructures．Thesonicationofthefrequencyof40kHzismorebeneficialtofiocsbreakage，withtheexperimentalresultthat10minutes’ultrasonicationCanleadtoadinimutioinrateof9．8％oftheradius
