超声波作用下液滴的冷却冻结规律

超声波液体辅助冻结在食品、海水淡化及冰蓄冷等方面的应用得到了广泛关注。结合声场理论,在对液滴界面处热质传递分析的基础上,建立了超声波作用下的液滴冷却冻结数学模型,讨论了不同超声波频率、强度及作用时间对液滴界面处热质传递的影响,得到了超声波作用下液滴的冷却冻结规律。结果表明：超声波作用下界面处的传质系数随着超声波强度的增加而增大,但随超声波频率的增加而减小;在液滴冷却冻结过程中,质量传递与热量传递的方向相同,液滴的冷却冻结在超声波作用下得到了强化。在超声波频率为20000 Hz（强度为400 W·m^-2）,经过相同的时间（60 s）,超声波作用下的液滴温度比无超声作用的温度低2.0~2.5℃。研究将有助于深入理解超声波辅助冷却冻结机理,并为其工程应用提供了指导和参考。     

超声波作用对液滴冷却冻结过程的影响

为了揭示超声波辅助冷却冻结过程中的热质传递机理,在声场理论和热质守恒的基础上,结合液滴冷却冻结过程,建立了超声波作用下液滴冷却冻结数学模型,分析了冷却冻结过程中超声波对液滴温度、液固界面、液滴直径的影响,揭示了冷却冻结过程中超声波空化效应导致传质引起的传热量与超声波热效应产热量的变化规律。结果表明:超声波空化效应强化了液滴表面的传质,有利于液滴的冷却冻结;对于不同频率和强度的超声波,存在合理的超声波加载时间;将超声波作用下液滴冻结过程中液固界面的模拟结果与实验结果进行了对比,二者吻合性好,最大误差10.6%,最小误差0.3%。     

超声波对液滴冻结状态及传热的影响

超声波辅助冻结在食品、医疗及生物化学等领域得到了广泛的应用,为了明确超声波对溶液冻结过程中液固比例、孔隙率的影响,揭示冻结过程中热量的传递规律,在液滴冻结状态实验观测的基础上,结合声学及热质传递理论,建立了超声波液滴冻结理论模型,分析了超声波对液滴冻结状态的影响,比较了超声空化效应所引起的传质散热量和超声热效应引起的产热量的大小关系。结果表明:超声波有助于液滴表面的气泡逸出,气泡逸出率越大冻结过程中液固比例越小;当气泡逸出率一定时,液滴越小冻结过程中的孔隙率越大;超声波一定时,逸出率越小冻结过程中的孔隙率越大;对于冷却冻结过程,不同频率和强度的超声波存在合理的超声波加载时间。     

超声波瞬间脱除冷表面冻结液滴的试验研究

试验研究了超声振荡对冷表面冻结液滴的影响。对施加频率20 kHz的超声振荡作用下冷平板上冻结液滴的脱除现象进行了可视化研究,记录了超声开启瞬间冻结液滴的脱落过程,分析了超声作用瞬间冷平板内部的温度变化规律,探讨了超声振荡瞬间脱除冻结液滴的机理。试验结果表明,超声作用瞬间冻结液滴脱离冷表面,且伴有弹开现象的发生,同时,平板内部出现温度阶跃。分析认为超声机械作用产生的剪切力以及空化作用产生的冲击力的联合作用是冻结液滴瞬间脱除的主要原因。结果表明,超声振荡能够瞬间脱除冷平板表面作为结霜基底的冻结液滴,是一种有效的除霜方法。     

声场作用下含盐液滴冻结过程及组分迁移特性的研究

为了揭示超声波辅助冻结的内部作用机理,明确声场作用下相变冻结过程中的热质传递规律及组分迁移特性,根据声场理论分析了超声波的空化作用和热效应,并在冻结过程能质守恒的基础上建立了超声波作用下液滴相变冻结及盐分迁移数学模型,研究了超声波对液滴冻结过程中气泡状态和液滴温度的影响,分析了不同盐浓度下液滴冻结过程中固液界面、溶液比例、盐度及盐水残余率的变化规律。结果表明,超声波空化作用强化了界面处的热质传递,液滴温度下降较快,有利于液滴的冻结;液滴盐浓度越高,凝固界面的移动越慢,液滴直径为2 mm时,盐浓度5wt%时达到冻结点的时间为15 s,盐浓度8wt%时达到冻结点的时间为20 s;超声波作用下盐浓度越低,冻结过程中盐分迁移变化越剧烈。     

电场作用下双液滴聚合特性

乳状液破乳分离是目前高含水期油田开采过程中难以解决的技术问题,电场破乳方法具有高效清洁等优点,是解决该问题的有效手段。采用数值模拟与试验验证相结合的方法研究电脱水过程中阶跃、斜坡电场诱导下双液滴的聚合与分离特性。结果表明,在斜坡电场作用下,界面张力引起的泵吸作用大于电场力引起的颈缩作用,有利于液滴聚并,且液滴发生二次乳化现象的概率降低。而施加阶跃电场时,一定范围内能够达到液滴破乳的目的,但液滴在聚并过程中易发生二次乳化现象。从电场对连续相影响的角度分析发现,阶跃电场不仅对液滴具有驱动作用,对连续相的影响也较为明显,阶跃电场会增大连续相内湍流作用,不利于电脱水过程。因此,采用斜坡信号诱导液滴聚合能够降低二次乳化现象发生的概率。     

喷雾冷冻法单个液滴冻结过程模拟

喷雾冷冻液滴的冻结过程决定着干燥产品的微结构。本文以单个雾化液滴为研究对象,利用数值模拟的方法研究了液滴大小、气体流速和环境温度3个参数对其冻结过程的影响。结果发现,液滴越大冻结时所需的形核时间和完全固化时间越长,而且冻结过程随着气体流速的增大和环境温度的降低而缩短。通过方差分析发现,液滴大小较气体流速和环境温度对液滴完全固化时间的影响有较显著差异。液滴冷冻过程中,其质量损失率随着液滴大小的增大而略有减小,随着气体流速的增加及环境温度的降低而减小,其中环境温度对液滴质量损失率的影响最大。     

水平铜板表面液滴冻结过程的数值模拟

为了探究水平铜板表面温度和液滴体积大小对液滴冻结过程的影响规律,以及冻结过程中液滴内部固液相界面变化和温度场分布,文中基于能量守恒原理,建立了单个静止液滴冻结的数值模型进行模拟研究.研究结果表明:液滴冻结过程中,固液相界面呈凹型状态;随着液滴冻结的进行,固液相界面推进速度呈先快后慢的变化趋势,模拟结果和对应的实验数据吻...     

不同电场波形下液滴极化变形规律研究

为了深入研究电场波形对液滴变形的影响,基于相场方法,建立了互不相融两流体中液滴变形的仿真模型,实现了流场和电场的耦合。模拟研究了直流脉冲、半正弦波、半三角波和半锯齿波4种电场波形对液滴变形的影响。模拟结果显示,液滴变形度曲线与电场波形相似,且液滴振荡变形的频率与电场频率相同。此外,还研究了以上4种波形电场的场强幅值和频率对液滴变形度的影响。结果显示,电场的均方根RMS越高,液滴变形度越大;随着场强幅值的增加,4种波形条件下液滴变形度近似呈指数增加;随着频率的增加,直流脉冲和半正弦波电场条件下液滴变形度呈先增加后减小的趋势,存在最佳频率40 Hz,半三角波和半锯齿波电场条件下液滴变形度近似呈线性减小。     

超声波作用下己内酰胺的制备

超声波作用下己内酰胺的制备杜贵英＊李纪太（河北大学化学系，保定０７１００２）己内酰胺是一种用途广泛的化工产品，其经典的合成方法是由环己酮肟在硫酸存在下于１２０℃发生Ｂｅｃｋｍａｎｎ重排反应，收率为５０％～６０％。我们用超声波作用改进Ｂｅｃｋｍａｎｎ重...     

超声波作用下反应体系组成对苯乙烯分散聚合反应规律的影响

研究了超声波作用下反应体系组成对苯乙烯(St)分散聚合反应规律的影响,表明超声波作用下的分散聚合反应并非一般的热引发分散聚合反应,超声波的空化作用可有效地、多途径地生成更多的自由基。掌握了聚合反应规律,可初步实现根据聚苯乙烯(PS)粒径及分布和聚合反应速率要求进行反应体系的配方设计。     

脉冲电场作用下液滴数值模拟研究

根据高频脉冲电场中乳状液破乳的相关研究,拟通过对液滴在脉冲电场中变形、破裂以及聚并研究,设计水滴静电聚结实验样槽,并运用comsol软件进行脉冲电场数值模拟,建立液滴在脉冲电场作用下的理论模型。通过模拟结果发现,电场的临界电场强度在350～500 k V/m之间时,液滴的拉伸接近纺锤形且达到拉伸极限,同时对电场中变形因素进行分析,形象的描述了液滴在电场中的变形,为电场破乳提供研究基础。     

超声波作用下芴醇的合成

超声波对许多有机反应都具有明显的加速效应。某些在一般条件下难以发生或需加催化剂才能发生的反应,在超声波作用下却能顺利进行。缩短了反应时间,提高了反应收率,使反应条件缓和,因此在有机合成中的应用不断扩大。我们曾在室温下以聚乙二醇-400、聚乙二醇-300为溶剂,用硼氢化钠还原二苯酮,超声波作用10min,使产物的收率达到经典反应0.5h的收率,使底物/还原剂的摩尔比由原来的2.0升至2.7,降低了还原剂的用量。对于将芴酮还原为芴醇,Thompson 曾以     

超声波作用下重油的热反应研究

探索了低温条件下超声波作用对重油热反应的影响。讨论了超声波作用对重油的粘度、残炭和沥青质含量的影响。结果表明：随着超声波作用时间的增长,降粘率逐渐升高,当反应时间为2h时,降粘率可达24%左右;沥青质含量由2.66%降为1.44%;残炭值也逐渐升高。表明油样发生了裂化和缩合反应。反应时间小于1 h时,油样性质变化较快;大于1 h后,变化较慢。进而发现超声波对不同的油样的热反应影响也不同。     

超声波作用下有机污染物的降解

本文综述了国外超声波降解有机污染物的研究概况 ,显示出超声波在降解有机污染物领域潜在的应用前景     

超声波瞬间雾化结霜初始阶段液滴的可视化

介绍了一种超声波抑霜新方法。对频率20 kHz,功率50 W的超声波作用下铝表面液滴的动态行为进行了可视化观测。记录了超声开启瞬间液滴变形-铺展-雾化的全过程。试验结果发现,超声作用时,铝表面上的液滴首先产生剧烈扰动,继而变形、铺展。当液膜厚度减小到一临界值时,液滴瞬间雾化。超声机械作用产生的界面剪切力以及空化作用产生的高压冲击分别可能是诱发液滴变形和雾化的主要因素。结果初步表明,高频超声振动能够瞬间除去铝平板表面作为结霜初始阶段的液滴,为冷表面有效抑霜提供了可能。     

匀强电场作用下分散相液滴的变形和破裂

基于Cahn-Hilliard方程的相场方法,建立了在匀强电场作用下液滴的变形和破裂行为模型。从微观角度研究分散相液滴变形过程中电荷密度、电场强度和电场力的分布规律以及流场和电场分布,探讨了微观液滴变形机理;采用数值模拟方法研究了电场强度、液滴直径和界面张力对液滴变形的影响,结果表明电场强度越强,液滴直径越大,界面张力越小,液滴变形量越大;分析了液滴的两种主要破裂方式,其破裂主要取决于连续相和分散相物性条件,为电破乳技术提供了理论基础。     

电场作用下液滴的变形及库仑分裂模式

基于高速成像技术,本文对电场作用下甲醇液滴的显微形貌特征进行了可视化研究,精确捕捉了两相流体系中不同生长阶段的荷电液滴基于时间分辨特性的变形及库仑分裂演变行为,得到不同工况下荷电液滴的变形分裂过程及行为演化细节。基于液滴所受库仑力和介电泳力与周围流域的耦合作用,揭示了电场作用下不同生长阶段的液滴库仑分裂形成机理。结果表明,电场强度和液滴粒径是决定液滴变形及库仑分裂模式的主要因素,荷电液滴的变形及库仑分裂模式可以分为推压变形、顶部破碎、顶部-边端破碎、伞状破碎。结合量纲为1参数对液滴的变形及破碎特征进行了定量分析,随着电场强度的增大及液滴粒径的减小,液滴变形及顶部破碎的程度更加剧烈,液滴临界伞状破碎长度减小。     

匀强电场作用下分散相液滴的变形和破裂

基于Cahn-Hilliard方程的相场方法,建立了在匀强电场作用下液滴的变形和破裂行为模型。从微观角度研究分散相液滴变形过程中电荷密度、电场强度和电场力的分布规律以及流场和电场分布,探讨了微观液滴变形机理;采用数值模拟方法研究了电场强度、液滴直径和界面张力对液滴变形的影响,结果表明电场强度越强,液滴直径越大,界面张力越小,液滴变形量越大;分析了液滴的两种主要破裂方式,其破裂主要取决于连续相和分散相物性条件,为电破乳技术提供了理论基础。     

超声波作用下稠油黏度变化分析

通过研究非接触方式下,超声波三种降黏方式的降黏效果.利用MATLAB软件进行了仿真实验,结果表明20 kHz频率下空化核一个周期内膨胀、收缩过程最为激烈.结合试验结果可得知当超声波频率在20～23 kHz范围内,超声波空化作用最为明显,降黏效果也最好,降黏率达56％.