超声波对硫酸钠溶液结晶影响的研究

论文摘要

本论文采用四阶龙格库塔法对超声空化气泡动力学过程进行模拟,分析超声波对溶液结晶热力学和动力学的影响。测量硫酸钠溶液的溶解规律,探讨超声波作用下的硫酸钠溶液诱导期的变化。以先进的人工神经网络为工具,建立超声波作用下的溶液结晶动力学模型。对空化气泡动力学过程模拟结果表明,空化气泡崩溃时产生的高温高压,冲击波或射流会对溶液介质产生一系列超声效应,从而使溶液状态、组分、功能或结构等发生改变,促进溶液中晶核的产生。从溶液结晶热力学角度看,超声波的作用使得溶液在较低的温度下就可以结晶,大大缩短了溶液的介稳区。从溶液结晶动力学角度看,超声波对许多物质结晶成核过程有显著影响,表现为加快成核速率、缩短诱导期、显著提高结晶产量等。对硫酸钠溶液溶解度及诱导期的测量表明,硫酸钠的溶解度与温度有着特殊的变化关系,开始其溶解度随温度的升高而增加,经过拐点34 oC后,反而随着温度的升高而降低。相同条件超声波作用下的硫酸钠析晶的时间均短于搅拌作用下的析晶时间,即超声波在两个阶段促进硫酸钠的结晶过程。对溶液结晶动力学模拟表明,采用一个隐含层,三个输入结点（分别表示的参数为过饱和度差ΔC、温度T和外加作用P）,一个输出结点（成核诱导期tind）的BP神经网络可以很好地预测成核诱导期,其预测结果同实验测量数据较为相符。利用建立好的神经网络,模拟出相同的终点温度不同过饱和度差下的硫酸钠溶液诱导期,由ln（tind）对ln-2s作图可得该温度下固液界面张力值。空化气泡崩溃时产生的高温高压环境,降低了界面张力值,促进溶液成核。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 超声波
• 1.1.1 超声波特点
• 1.1.2 超声空化
• 1.2 溶液结晶
• 1.3 超声波应用于溶液成核过程的研究方法
• 1.3.1 神经网络介绍
• 1.3.2 BP神经网络介绍
• 1.4 本论文研究的目的、意义和内容
• 第二章 超声空化对结晶热力学和动力学的影响
• 2.1 超声空化气泡运动过程模拟
• 2.1.1 国内外研究进展
• 2.1.2 气泡运动理论模型
• 2.2 结晶热力学
• 2.2.1 瞬态空化气泡溃陷时泡内的最高温度和最大压力
• 2.2.2 固液相平衡
• 2.3 结晶动力学
• 2.3.1 空化气泡运动过程的数值分析
• 2.3.2 成核
• 2.3.3 成核速率与诱导期
• 第三章 超声波对硫酸钠溶液结晶情况的影响
• 3.1 实验药品、仪器和装置
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验装置
• 3.2 硫酸钠溶解度的测量
• 3.3 硫酸钠溶液结晶诱导期的测量
• 3.4 微观分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 神经网络在结晶动力学建模的应用
• 4.1 BP人工神经网络
• 4.2 结晶动力学的特点
• 4.3 模型结构的确定
• 4.3.1 输入、输出层神经元数的确定
• 4.3.2 隐含层数目的确定
• 4.3.3 隐含层神经元数的确定
• 4.3.4 激活函数的确定
• 4.4 学习样本的确定
• 4.5 神经网络的训练过程
• 4.5.1 初始权值和阈值的确定
• 4.5.2 学习速率
• 4.5.3 训练次数的确定
• 4.5.4 期望误差的选择
• 4.5.5 样本的规一化
• 4.6 模型的确定
• 4.7 模型的应用
• 4.8 小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢