论文摘要：声化学反应器内声场的研究

声化学反应是20世纪80年代中后期发展起来的一门新兴交叉学科。声化学反应能提高化学反应速率、缩短反应时间、提高反应选择性，而且能激发在只有超声波存在时所能发生的特殊化学反应。由于声化学反应具有独特的反应特性，目前受到广泛关注，是合成化学等极为重要且十分活跃的研究领域之一。
声化学反应的主要机理是，超声波在液体中传播时产生的空化效应所致，由于空化作用所引起的反应条件的变化，导致了化学反应的热力学变化，使化学反应的速率和产率得以提高。而空化效应本身又是一个极其复杂的非线性动力学过程，迄今为止对它的认识还并不透彻，目前对它的研究仍然是非线性声学的一个热门课题。然而，超声化学反应器内空化声场无论是对整个反应系统，还是反应效果都极其重要，因此研究声化学反应器内空化声场的影响因素意义重大，鉴于此，本文以反应器壁、换能器布阵方式以及反应液面高度的因素为出发点，对影响反应器内声场的特性进行了研究。
本论文从理论上推导并模拟了圆形活塞声源以矩阵的方式分布于反应器底部（矩阵式圆形活塞组合声源）的指向性；以实验室所用声化学反应器为研究对象，分别从数值模拟和实验两个方面，对矩形声化学反应器和圆柱形声化学反应器内的声场特性和影响声场的因数进行了研究，具体工作及所得结论为以下几点：
（1）从理论上推导了矩阵式圆形活塞组合声源在空间任一点的声压和指向性函数，并用MATLAB软件绘制出高频（ ）和低频（ ）情况下， 和换能器数（=）取不同数值的声场三维指向性函数图像，以此对高频和低频指向性图像进行了比较。结果表明，声源辐射频率越高、换能器个数越多其指向性越强，声能越集中。
（2）以矩形声化学反应器为研究对象，用ANSYS有限元软件模拟了其内部的声压幅值分布情况。表明槽壁呈刚性比槽壁随换能器做受迫振动的声场强度和均匀性都好，其主要原因是槽壁做弯曲振入射波被壁面所吸收，转化为热，使得槽壁周围声波能量减弱；换能器个数越多及换能器间距越均匀，反应器内声场强度和均匀性越好。
（3）以一维声波动方程为理论基础并结合声学边界条件，对圆形活塞式换能器粘帖于反应器底部时，竖直方向上的声压分布进行了理论推导，其结果显示，在竖直方向上声压成驻波方式分布。
（4）数值模拟了圆柱形声化学反应器内不同液面高度的声压幅值分布，比较了液面高度对反应器内声场分布的影响，并用铝箔腐蚀法测量了不同液面高度内的声场分布情况，其与数值模拟结果基本相同。结果表明，在换能器数量和反应器尺寸不变的情况下，液面高度有一最佳值，此时的声场强度和均匀性达到最好。

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