摘要：基于计算流体力学（CFD）方法，采用Fluent软件，对声化学反应器内的流场进行了数值模拟研究。重点研究了超声波传感器的布置方式对声化学反应器内流场分布规律的影响。结果表明：侧面布置+侧面布置式最有利于内部流体进行混合，该布置方式不仅使声化学反应器内部各水平面上的压力变化平稳，而且能够使两侧流体既能朝中间混合，也能使中间部位流体朝容器底部流动，从而得到更好的掺混效果。
关键词：CFD；声化学反应器；超声波；布置方式；混合
1 前 言
超声波是一种促进各种物理和化学反应的先进技术，已被成功应用到化学反应、污水处理、热交换、解吸附、清洗、结晶化等领域[1]。现今，声化学反应应用于污水处理中，由于其易操作，且很少产生有害副产品，被认为是一种有前景的污水处理技术[2]。然而，声化学反应由于反应效率低，且难以放大，为此，许多人对超声波进行了研究。Baharak Sajjadi[3]等人利用CFD数值模拟和PIV实验研究了超声波频率为24KHz时，声化学反应器中超声波功率对流场的影响规律，Masoud Rahimi[4]等人利用CFD模拟研究了管形声化学反应器中，存在微小颗粒时的微混合作用，Fahime Parvizian[5]等人研究了高频超声波在声化学反应器中的宏观和微观混合作用，Zheng Xu[2] 和Kojima[6]等人研究了超声波频率在490KHz时，声化学反应器内的超声波压力和速度场分布。同样，在国内也对声化学进行了一定的研究，如王亮[7]等人利用CFD对圆球形声化学反应器内的声场进行了数值模拟研究，并和铝箔空蚀实验进行对比，证明了实验现象和模拟结果相吻合。蔡耀中[8]利用CFD方法，采用动网格模型，模拟了超声波功率、频率等因素对气泡产生的影响。目前，随着计算机技术的进步，以及对超声波作用的研究进一步深入，数值模拟方法对于研究超声波已经趋于成熟。但是，目前对超声波传感器布置方式对声化学反应器内的流场的研究很少，本文主要基于CFD技术，通过改变超声波传感器的布置方式，来研究不同传感器布置方式下声化学反应器内的流场变化规律，该数值模拟结果对于声化学反应器的优化设计具有重要的指导意义。
2 几何模型和数值模拟方法
2.1 几何模型
该声化学反应器的为长方体形，其底面边长为30mm，高为100mm，超声波传感器的直径为30mm，一共三个传感器，频率均为500KHz，功率为100W，传感器A布置在声化学反应器的底面中心处，传感器B和C对称布置在声化学反应器的壁面两侧，B和C两传感器中心距底面高度均为50mm。
作者：陈朱应，郑恺昕，李鎏灿