超声水处理反应器的参数优化及机理研究

从超声降解有机物和超声处理废水的机理研究着手，探讨物理、化学条件以及声化学反应器的参数对降解（处理）效果的影响，明确声空化分布的规律。结合我校承担的水处理工程，进行声化学反应器的参数优化及机理研究。对具有均匀声场的大容量超声水处理反应器分别基于声学、电学、化学、机械等条件进行试验，研制基本符合大容量高效的声化学反应器。并使用研制出的声化学反应器以典型的有机物水溶液和实际工程中的污水为研究对象，在多种条件下，进行超声/臭氧协同作用降解有机物试验。利用紫外光谱仪作定波长扫描、循环状态动态测试，并利用电导仪等仪器来追踪空化进度。结合有机物降解情况，找出可使超声快速高效降解水中有机污染物的物理和化学条件。为解决声化学迟迟不能在工业上推广的瓶颈问题（缺少高效的声化学反应器）奠定研制与生产的基础；为更深入地了解超声及其联合技术降解水中有机物的机理进行基础性研究以及为这一技术的实际应用做科学储备。 2100433B

针对目前国内因超声辅助筛分的机理缺乏而导致超声辅助筛分设备盲目设计的现状，提出进行超声辅助细粉物料筛分的机理研究。. 本项目以揭示超声辅助细粉难筛物料筛分的机理为目标，以粉体颗粒技术、超声波技术、散体动力学和机械振动学为基础，综合考虑范德华力、静电力等因素，结合DLVO理论建立细粒物料的团聚模型；采用离散元理论和统计能量方法研究团聚物料在超声激励下运动行为；采用正交试验和优化方法选择典型物料振动与超声筛分时最佳组合参数。. 项目预期将建立振动与超声混合筛分过程的数学模型，获得物料特性与超声频率和振幅的关系，实现典型物料振动与超声筛分时最佳组合参数选择，从而提高细粉物料的筛分效率，彻底掌握超声辅助细粉难筛物料筛分的机理。

筛分广泛应用于冶金、矿业、化工、医药等工业领域，是物料颗粒分离的主要技术之一。细粉物料颗粒筛分是一个比较复杂的过程，由于颗粒间存在强烈的范德华作用力，具有强吸附性，易于粘结成团聚体，从而堵塞筛孔，使筛分效率低下。针对目前国内超声辅助筛分的机理缺乏而导致超声辅助筛分设备盲目设计的现状，因此，本文提出了超声波辅助细粉物料筛分的机理研究。本文主要的研究内容如下三个方面： 首先，对超声波作用下细粉颗粒团聚体分散的机理进行了理论分析，结合DLVO理论,并根据颗粒在筛分中由范德华力和超声波振动产生的能量和作用力，建立了颗粒的能量模型和受力模型。其次，对超声波振动筛进行了动力学及运动学分析，并对筛面物料在振动筛振动与超声振动综合作用下进行了运动分析； 其次，利用离散元法，在EDEM中对细粉物料颗粒团聚体凝聚和超声波作用下的分散过程进行了模拟。同时，对颗粒的分层与透筛过程进行了模拟研究，比较了不同形状颗粒对分层过程的影响和有无超声波振动的分层效果，模拟分析了不同的振动参数对物料颗粒透筛的影响。探索了物料颗粒的分层透筛机理，获得了物料颗粒透筛时的最佳振动参数； 最后，以硅粉为研究对象,通过实验对超声波辅助破坏物料团聚性、吸附性的机理进行了实验验证。研究结果表明，超声波振动能够有效地打散颗粒团聚体，解决筛孔堵塞的问题，从而显著地提高筛分效率。同时,对影响筛分效率的各种振动参数进行了实验验证研究，获得了硅粉物料在振动筛振动与超声波振动共同作用下筛分时的最佳组合参数。

芳纶蜂窝材料具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在航空、航天、军工、交通等领域得到越来越广泛的应用。其正交各向异性的力学特性，使传统的高速铣削加工难以保证制件加工质量和加工效率。本项目以芳纶蜂窝材料超声切割为研究对象，围绕多胞正交各向异性材料的冲击断裂机理、超声复合加工模式下切屑变形规律和变形过程模型、超声振动刀具与切屑之间的摩擦规律以及超声振动刀具和材料之间动力学模型建立等科学问题开展研究，综合运用材料学、力学、摩擦学、机械学等理论，通过理论建模、数值模拟和实验研究相结合的方法，建立芳纶蜂窝材料冲击断裂本构模型，揭示芳纶蜂窝材料超声复合加工机理，提出刀具切削运动最佳的超声振型复合模式，优化超声加工工艺和工艺参数，对丰富超声加工理论和快速发展超声复合加工技术具有重要理论意义，对提升芳纶蜂窝材料的加工水平具有重要技术支撑作用，对丰富其他多胞材料的加工方法具有一定借鉴意义。