中文摘要：

通过外力场强化气液传质是学术界研究的热点。本项目针对工程上广泛存在的中尺度气泡，通过试验测量与数值模拟，研究了有无16 kHz低频超声驻波声场条件下，2-8mm气泡的流体动力学行为和传质特性。对于单个气泡的数值模拟，发现了气泡初始形状与气泡上升行为有密切关系；对于气泡生成的数值模拟，首次得到了孔口排列方式对其生长行为的影响。采用氧吸收法结合水下测声技术,研究了超声强度与气流率等不同操作条件对体积传质系数的影响。实验表明，增大超声功率可以强化气液传质；对于小气流量，低频超声场下的气液传质系数可以达到无超声场时2倍，但是对于大的气流量，增强效果不十分明显。理论分析了气泡所受的声场力，发现中尺寸气泡所受的Bjerknes力是浮力的20-25%。本研究还数值模拟了液滴与球形固体的等温对心碰撞，首次发现了液滴在沉积过程的首次回缩阶段，在一定的韦伯数和球面半径范围，会出现中心局部破裂现象，得到了定量关系图谱。本研究为深入理解中尺度气泡在声场作用下的宏观流体动力学行为和深入揭示超声强化气泡传质的机理奠定了基础。