[发明专利]行波型超声反应器

说明书

技术领域

本发明的行波式超声反应器，涉及一种利用超声空化效应处理液体的装置。

背景技术

超声反应器利用超声空化效应所产生的局部高温高压对液体如水进行处理。超声反应 器系统在结构上包括箱体、箱体中的被处理液体、对被处理液体施加超声波的超声换能 器、以及超声换能器的驱动电路。它在饮用水消毒杀菌、饮用水中致癌物质的分解、废 水的消毒杀菌、废水中有机物的分解、化学合成和结晶过程的物理催化、发酵过程的加 速、生物质气体和液体燃料的生产等方面有着巨大的应用前景。现有的超声反应器的工 作原理，如参考文献(T.J.Mason，J.P.Lorimer，Applied Sonochemistry，Wiley-VCH， Weinheim，2002)所述，主要是利用箱体中的驻波超声场来引起声空化效应。采用这种方 式其超声场的声压幅值在空间上不均匀，存在着声压节点和反节点。在声压节点上声压幅 值为零，而在声压反节点上声压幅值为最大。由于这个原因，会出现声压反节点附近的液 体被过度地声处理、声压节点附近的液体不能被充分处理的现象。这会导致声处理的不均 匀和声能利用率低的问题。

发明内容

为了克服现有超声反应器的声处理不均匀和声能利用率低的问题，本发明专利提供新 的超声反应器，该超声反应器利用均匀的超声场对其中的液体进行声处理，以实现声反应 器的均匀声处理和提高声反应器中声能的利用率。

一种行波式超声反应器，其特征在于：包括盛放被处理液体的箱体、至少一对超声换 能器、以及超声换能器驱动电路；上述每对超声换能器均由分别设置在两相对箱壁上的第 一换能器和第二换能器组成，且第一和第二超声换能器满足以下条件：第一和第二换能器 声辐射面在空间上相互正对，具有相同的结构和尺寸，所施加的交流驱动电压具有相同的 频率f、幅值以及90°的时间相位差，第一和第二换能器声辐射面之间的距离d满足d＝ (2m+1)c/(4f)，其中c是被处理液体的声速，f为交流驱动电压频率，m为大于等于0 的自然数。为了保证超声场声能密度的均匀性，每对超声换能器所产生的行波超声场处于 平行状态并无交叉部分。

上述的行波式超声反应器可用浸入式平板超声换能器，或具有平板辐射面的插入式朗 之文(Langevin)超声换能器。

在上述工作条件得到满足时，第一和第二超声换能器在它们之间的液体中产生的超声 驻波在时间和空间上皆有90°的相位差，它们叠加后会产生一运行于第一和第二超声换 能器之间的超声行波。

声反应器利用行波超声场来工作，各场点虽然有不同的时间相位，但理论上却具有相 同的声压幅值。由于液体中声空化效应的强度只取决于声压的幅值，和声压的相位无关， 因而行波超声场中的声空化效应比驻波超声场中的声空化效应更均匀。

通过利用超声反应器箱体中的超声行波使得超声反应器箱体中的声能密度更加均匀，进而 使得超声反应器的声处理更加均匀、声场的能量利用率更高。超声反应器在声处理均匀性 和声能利用率方面的性能可用声场的不均匀性指数NU1来表示：

NU1=1Pam∫∫∫V0(Pa-Pam)2dVV0---(1)]]>