Page 11 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 陈诚等： 声黑洞功率超声振动系统的研究 7

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图 10 仿真模拟得到的探针浸入式 ABH 化学反应器的纵弯耦合振动模态
Fig. 10 The longitudinal-bending coupled vibration mode of the probe-immersed ABH sonoreactor ob-
tained through simulation

2 25445 Hz
ଊ᧫๓Кरܦᳬศ ͯረ/nm
ӑߦԦऄ٨ 1
0
22 24 26 28 30
ᮠဋ/kHz
(b) ܦᳬศᣣ࠱݀िజ૝үവগ฾᧚ፇ౧

100 25445 Hz
ͯረ/nm 50

0
22 24 26 28 30
ᮠဋ/kHz
(a) Ѿၹ༏А฾૝́฾᧚ଊ᧫๓КरܦᳬศӑߦԦऄ٨૝үവগᄊࠄᰎིྟ (c) ܦᳬศᣣ࠱݀ጫՔ૝үവগ฾᧚ፇ౧
图 11 探针浸入式 ABH 化学反应器的激光测振实验及结果
Fig. 11 Laser measurement vibration experiment and results of the probe-immersed ABH sonoreactor

头的弯曲和纵向振动的模态及位移频率响应曲线。 处理效率等方面的实际可操作性。
由两图可知，探针浸入式 ABH 化学反应器的纵弯
2.2 圆环浸入式ABH化学反应器
耦合振动模态在频率为25445 Hz 时被成功激发，实
2.2.1 模型设计
测得到的振动模态与仿真模拟得到的结果吻合较
好，频率误差仅为 0.2%，验证了模型设计的实际可 图13为圆环浸入式 ABH化学反应器的结构示
行性。 意图，该 ABH 化学反应器由一个 22218 Hz 的全波
长纵向振动换能器以及一个 ABH 圆环组成。全波
2.1.3 空化实验
长纵向振动换能器的长度为 220 mm。反应器采用
利用 i-SPEED 726 高速摄像机观察并拍摄探
模态转换的设计方法，利用纵向换能器激发ABH圆
针浸入式 ABH 化学反应器辐射头在水槽中的空化
环的弯曲振动。ABH圆环的厚度函数可以表示为
场分布，如图12(a)所示。图12(b)展示了在80 W有
效输入电功率下辐射头的超声空化场分布。当反应 h(θ) =
器受到功率激发时，辐射头周围共出现 5 个空化区  (h 0 − h 1 )|θ − π| m
 +h 1 , θ 1 6 θ 6 2π − θ 1 ,

域。由于弯曲波速的降低，在辐射头尖端处，空化区  (π − θ 1 ) m

域间距减小。同时，弯曲振幅的累积放大使得辐射  0 < θ < θ 1 ,
h 0 ,

头尖端形成最密集的空化气泡群。以上的实验结果  2π − θ 1 < θ < 2π,
验证了 ABH 设计在提升声化学反应器处理范围和 (4)