超聲水處理反應器的參數(shù)優(yōu)化及機理研究項目摘要

從超聲降解有機物和超聲處理廢水的機理研究著手，探討物理、化學條件以及聲化學反應器的參數(shù)對降解（處理）效果的影響，明確聲空化分布的規(guī)律。結(jié)合我校承擔的水處理工程，進行聲化學反應器的參數(shù)優(yōu)化及機理研究。對具有均勻聲場的大容量超聲水處理反應器分別基于聲學、電學、化學、機械等條件進行試驗，研制基本符合大容量高效的聲化學反應器。并使用研制出的聲化學反應器以典型的有機物水溶液和實際工程中的污水為研究對象，在多種條件下，進行超聲/臭氧協(xié)同作用降解有機物試驗。利用紫外光譜儀作定波長掃描、循環(huán)狀態(tài)動態(tài)測試，并利用電導儀等儀器來追蹤空化進度。結(jié)合有機物降解情況，找出可使超聲快速高效降解水中有機污染物的物理和化學條件。為解決聲化學遲遲不能在工業(yè)上推廣的瓶頸問題（缺少高效的聲化學反應器）奠定研制與生產(chǎn)的基礎；為更深入地了解超聲及其聯(lián)合技術降解水中有機物的機理進行基礎性研究以及為這一技術的實際應用做科學儲備。 2100433B

針對目前國內(nèi)因超聲輔助篩分的機理缺乏而導致超聲輔助篩分設備盲目設計的現(xiàn)狀，提出進行超聲輔助細粉物料篩分的機理研究。. 本項目以揭示超聲輔助細粉難篩物料篩分的機理為目標，以粉體顆粒技術、超聲波技術、散體動力學和機械振動學為基礎，綜合考慮范德華力、靜電力等因素，結(jié)合DLVO理論建立細粒物料的團聚模型；采用離散元理論和統(tǒng)計能量方法研究團聚物料在超聲激勵下運動行為；采用正交試驗和優(yōu)化方法選擇典型物料振動與超聲篩分時最佳組合參數(shù)。. 項目預期將建立振動與超聲混合篩分過程的數(shù)學模型，獲得物料特性與超聲頻率和振幅的關系，實現(xiàn)典型物料振動與超聲篩分時最佳組合參數(shù)選擇，從而提高細粉物料的篩分效率，徹底掌握超聲輔助細粉難篩物料篩分的機理。

篩分廣泛應用于冶金、礦業(yè)、化工、醫(yī)藥等工業(yè)領域，是物料顆粒分離的主要技術之一。細粉物料顆粒篩分是一個比較復雜的過程，由于顆粒間存在強烈的范德華作用力，具有強吸附性，易于粘結(jié)成團聚體，從而堵塞篩孔，使篩分效率低下。針對目前國內(nèi)超聲輔助篩分的機理缺乏而導致超聲輔助篩分設備盲目設計的現(xiàn)狀，因此，本文提出了超聲波輔助細粉物料篩分的機理研究。本文主要的研究內(nèi)容如下三個方面： 首先，對超聲波作用下細粉顆粒團聚體分散的機理進行了理論分析，結(jié)合DLVO理論,并根據(jù)顆粒在篩分中由范德華力和超聲波振動產(chǎn)生的能量和作用力，建立了顆粒的能量模型和受力模型。其次，對超聲波振動篩進行了動力學及運動學分析，并對篩面物料在振動篩振動與超聲振動綜合作用下進行了運動分析； 其次，利用離散元法，在EDEM中對細粉物料顆粒團聚體凝聚和超聲波作用下的分散過程進行了模擬。同時，對顆粒的分層與透篩過程進行了模擬研究，比較了不同形狀顆粒對分層過程的影響和有無超聲波振動的分層效果，模擬分析了不同的振動參數(shù)對物料顆粒透篩的影響。探索了物料顆粒的分層透篩機理，獲得了物料顆粒透篩時的最佳振動參數(shù)； 最后，以硅粉為研究對象,通過實驗對超聲波輔助破壞物料團聚性、吸附性的機理進行了實驗驗證。研究結(jié)果表明，超聲波振動能夠有效地打散顆粒團聚體，解決篩孔堵塞的問題，從而顯著地提高篩分效率。同時,對影響篩分效率的各種振動參數(shù)進行了實驗驗證研究，獲得了硅粉物料在振動篩振動與超聲波振動共同作用下篩分時的最佳組合參數(shù)。

芳綸蜂窩材料具有高比強度、高比剛度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能，在航空、航天、軍工、交通等領域得到越來越廣泛的應用。其正交各向異性的力學特性，使傳統(tǒng)的高速銑削加工難以保證制件加工質(zhì)量和加工效率。本項目以芳綸蜂窩材料超聲切割為研究對象，圍繞多胞正交各向異性材料的沖擊斷裂機理、超聲復合加工模式下切屑變形規(guī)律和變形過程模型、超聲振動刀具與切屑之間的摩擦規(guī)律以及超聲振動刀具和材料之間動力學模型建立等科學問題開展研究，綜合運用材料學、力學、摩擦學、機械學等理論，通過理論建模、數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方法，建立芳綸蜂窩材料沖擊斷裂本構(gòu)模型，揭示芳綸蜂窩材料超聲復合加工機理，提出刀具切削運動最佳的超聲振型復合模式，優(yōu)化超聲加工工藝和工藝參數(shù)，對豐富超聲加工理論和快速發(fā)展超聲復合加工技術具有重要理論意義，對提升芳綸蜂窩材料的加工水平具有重要技術支撐作用，對豐富其他多胞材料的加工方法具有一定借鑒意義。