【摘 要】
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蓝藻控制、蓝藻水华预警及应急处置是针对湖泊水体污染和富营养化较严重、治理技术装备工程化水平较低这一全球化问题所提出的湖泊水环境治理与生态修复技术方案之一。超声辐射技术具有操作手段自动化、无需引入化学药物、反应过程温和、速度快、无二次污染等优点,在水质保护领域有着广阔的应用前景。本课题面向蓝藻控制、蓝藻水华预警及应急处置这一应用背景,基于压电驱动和超声波除藻原理提出了一种新型全方位超声除藻换能器,并
【基金项目】
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国家自然科学基金（51905262）; 江苏省自然科学基金（BK20190398）; 机械结构力学与控制国家重点实验室研究基金（MCMS-I-0320Y01）; 广东省基础与应用基础研究基金（2019B1515120017）; 江苏省高校重点学科建设项目（PAPD）
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蓝藻控制、蓝藻水华预警及应急处置是针对湖泊水体污染和富营养化较严重、治理技术装备工程化水平较低这一全球化问题所提出的湖泊水环境治理与生态修复技术方案之一。超声辐射技术具有操作手段自动化、无需引入化学药物、反应过程温和、速度快、无二次污染等优点,在水质保护领域有着广阔的应用前景。本课题面向蓝藻控制、蓝藻水华预警及应急处置这一应用背景,基于压电驱动和超声波除藻原理提出了一种新型全方位超声除藻换能器,并对此换能器结构及性能进行了系统的研究工作。主要研究内容如下:1.为了弥补现有超声换能器只能实现发射单一方向超声波的缺陷,提出了一种用于藻类去除和水质净化的新型全方位超声除藻换能器。该换能器采用夹心式结构的设计方案,利用压电陶瓷片的d33振动模式进行工作,具有频率一致性高、结构简单等优点。2.利用传递矩阵法建立了新型全方位超声除藻换能器的机电耦合动力学模型,为分析换能器的动力学特性和优化设计提供了理论解析方法。加工并制造了换能器的原理样机,通过振动特性实验和动力学特性实验对理论模型的有效性进行了验证。之后通过多物理场耦合仿真软件建立了振动声学仿真模型并对全方位超声辐射的构想进行了验证。3.选取两种常见的典型绿藻（普通小球藻）和典型蓝藻（铜绿微囊藻）进行一系列藻类去除实验。实验表明全方位超声除藻换能器对水体中典型绿藻、蓝藻的生长抑制作用明显,藻类快速去除率分别达到了63.27%和72.97%,达到了商用藻类去除探头去除率的86.43%和96.04%,具有应用于富营养化较严重湖泊水域的潜能。
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