[發(fā)明專利]一種變幅桿式聲化學系統(tǒng)輻射聲場評價方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810736181.2
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN109030048B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶旭陽;孔亞廣;劉威;趙文祥
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01H17/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發(fā)明公開了一種變幅桿式聲化學系統(tǒng)輻射聲場評價方法，本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有方法在多指標體系下無法統(tǒng)一評價聲化學設(shè)備的問題，利用聲化學設(shè)備與菱形工具頭、九節(jié)鞭工具頭和啞鈴形工具頭的結(jié)合，通過超聲性能試驗，測量在設(shè)定超聲功率下的聲強值。通過水聽器得到的各組數(shù)據(jù)，根據(jù)本發(fā)明給定的評價指標公式得到J，從而實現(xiàn)對聲化學設(shè)備的性能評價。本發(fā)明提供的評價分析方法可以準確、直觀地評價分析聲化學設(shè)備的性能，解決了目前在多指標體系下無法評價聲化學設(shè)備的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變幅桿式聲化學系統(tǒng)輻射聲場評價方法，用于基于空化效應(yīng)的變幅桿式聲化學設(shè)備的性能分析評價方法。

背景技術(shù)

聲化學是近年來逐漸興起的一門學科，主要是指利用超聲來加速化學反應(yīng)或觸發(fā)新的反應(yīng)通道，以提高化學反應(yīng)產(chǎn)率或獲取新的化學反應(yīng)物。相關(guān)研究表明，聲化學應(yīng)用的主動力是超聲空化現(xiàn)象，此過程中產(chǎn)生的微小局部瞬時高溫高壓、自由基、沖擊波、微射流等空化效應(yīng)，為化學反應(yīng)提供了極端條件。

空化是液體內(nèi)局部壓力降低時，液體內(nèi)部或液固交界面上蒸氣或氣體的空穴(空泡)的形成、發(fā)展和潰滅的過程。在頻率和壓強一定的情況下，由于聲波負壓相的作用，液體中產(chǎn)生大量的氣泡，稱為“聲空化泡”，并在隨后的聲波正壓相下空化泡開始收縮，氣泡經(jīng)多次周期性振蕩，最終氣泡以高速度崩潰，整個過程發(fā)生在ns-μs的時間內(nèi)。隨著氣泡快速崩潰伴,氣泡內(nèi)蒸汽相絕對加熱，產(chǎn)生瞬時的高溫高壓。反應(yīng)體系的環(huán)境條件會極大的影響空化的強度，而空化強度則直接影響到反應(yīng)的速率和產(chǎn)率，這些環(huán)境條件包括反應(yīng)溫度、超聲輻照頻率、聲功率和超聲強度等等。

超聲波工具頭是超聲設(shè)備的重要組成部分，其主要作用是將擴大振幅后的超聲波能量輸出，并在超聲反應(yīng)釜中將機械振動能量作用于傳播介質(zhì)，對超聲波工具頭研究主要集中于提高超聲振動系統(tǒng)的縱向位移振幅，改善縱向位移振幅均勻性等方面。在具體形狀的工具頭設(shè)計方面，目前只有針對啞鈴形工具頭有過相關(guān)研究，對于九節(jié)鞭和菱形工具頭的研究較少，尤其是針對各種工具頭應(yīng)用于聲化學設(shè)備的性能評價方法，無法為工具頭的設(shè)計提供理論依據(jù)。

目前對于空化狀態(tài)的識別方法常見的有聲學法、熱探針方法、薄膜腐蝕法、染色體法等等。有學者引入標準差評價空化場的均勻程度，從而分析該聲化學設(shè)備的性能；還有學者根據(jù)諧波和分諧波對應(yīng)穩(wěn)態(tài)空化及非線性效應(yīng)的能量，利用中值濾波法對連續(xù)波進行擬合，通過積分后得到分離后的各部分能量值，將分離結(jié)果進行插值化處理得到的重構(gòu)的三維聲場，并且用非線性能量來表征空化強度。現(xiàn)有的評價方法大多都是基于單一性能指標(以超聲空化場強度和聲場均勻度為主)或者是將各種性能指標分開討論，缺乏系統(tǒng)性地分析超聲設(shè)備的研究，導(dǎo)致出現(xiàn)在多指標體系下無法綜合地評價聲化學設(shè)備的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有評價方法中存在的上述不足，提供一種設(shè)計合理的變幅式聲化學系統(tǒng)輻射聲場評價方法，通過空化性能試驗，分別測量試驗設(shè)備在不同超聲功率下的性能參數(shù)，并且進行計算修正，得到各個聲化學設(shè)備的性能指標，從而評價不同功率負載下聲化學設(shè)備的性能效果。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方法是：一種變幅桿式聲化學系統(tǒng)輻射聲場評價方法，具體步驟如下：

第一步，在變幅桿式的聲化學設(shè)備中選擇若干個聲強測量點位置，確保測量點位置在釜體平行空間和垂直空間分布均勻；

第二步，打開開關(guān)閥和進料閥，啟動物料泵和冷卻水進出口，當釜體內(nèi)加工材料裝滿時，關(guān)閉進料閥和物料泵；

第三步，設(shè)定超聲功率，依次將工具頭放入釜體中利用水聽器測量第一步選擇的測量點的聲強，記錄測量點的個數(shù)為N，每個點的聲強值為p_i；

第四步，根據(jù)計算公式計算該聲化學設(shè)備在釜體內(nèi)的平均聲強；

第五步，確定一個閾值系數(shù)ε，0＜ε＜1；根據(jù)公式計算該聲化學設(shè)備的聲強值在上述范圍內(nèi)的測量點個數(shù)M；其中M的計算方法參考如下：就是i從1取到N，其中滿足公式的個數(shù)即M的個數(shù)；