Page 12 - 《应用声学》2025年第1期

8 2025 年 1 月

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图 12 探针浸入式 ABH 化学反应器的空化实验及结果
Fig. 12 Cavitation experiment and results of the probe-immersed ABH sonoreactor

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图 13 圆环浸入式 ABH 化学反应器的结构示意图
Fig. 13 Structure diagram of the ring-immersed ABH sonoreactor
其中，h 0 = 15 mm、h 1 = 5 mm 分别表示 ABH 圆 上形成了更多的振动波峰。

环的最大与最小厚度，θ 1 = 0.13π，m = 3 为 ABH 为了进一步揭示 ABH 结构带来的性能提升，
圆环厚度函数的变化幂次，由于 ABH 结构的存在， 对三种圆环浸入式声化学反应器在水中的声场分
ABH圆环中的弯曲波数和振幅将会显著增大，在圆 布进行有限元分析。同样在水域外施加了完美匹配
环周向将会产生多个高强度声能辐射区，从而提高 层，并将水域单元的最大尺寸设置为波长的1/8。由
反应器的声处理范围和效率。通过调整尺寸参数使 图 15 可知，圆环浸入式 ABH 化学反应器在水中的
得 ABH 圆环的弯曲振动本征频率接近纵向换能器 最大绝对辐射声压值是纵弯模态振动等厚度圆环
的共振频率，从而有效激发 ABH 辐射头的弯曲振 反应器的 2.0 倍，是纵径模态振动反应器的 6.4 倍，
动模态。 验证了 ABH 结构的引入可以大幅增强反应器的辐
2.2.2 振动与声场分析 射性能，提高了声处理效率。
本节利用有限元仿真软件探究 ABH 圆环结构 利 用 全 场 激 光 扫 描 振 动 测 量 系 统 (Polytec
对圆环浸入式化学反应器带来的性能提升。作为对 PSV-400) 对圆环浸入式 ABH 化学反应器辐射头
照，设计两个具有等厚度圆环的声化学反应器，三者 的振动模态和位移频率响应特性进行了实验测量，
的模拟激发电压均为1 V。图14给出了利用有限元 如图 16(a) 所示。图 16(b) 展示了测得的反应器前
得到的三种圆环浸入式声化学反应器的振动模态， 端 ABH 圆环辐射头的弯曲振动的模态及位移频

图 14(a) 给出的是圆环浸入式 ABH 化学反应器在 率响应曲线。由位移频率响应曲线可得，圆环浸
22081 Hz 时的纵弯模态，图 14(b)、图 14(c) 分别给 入式 ABH 化学反应器的纵弯振动模态在频率为
出的是等厚度圆环浸入式化学反应器在 22014 Hz 21797 Hz时被成功激发。实测得到的振动模态与仿
与 22466 Hz 的纵径与纵弯模态。由于 ABH 轮廓的 真模拟得到的结果吻合较好，频率误差仅为 1.3%，
嵌入，圆环浸入式 ABH 化学反应器在圆环振动面 验证了模型设计的实际可行性。