近期，我校安全科学与工程学院陆伟教授团队围绕聚焦超声空化气泡溃破及界面强化机制，在超声空化强化矿井湿式除尘领域取得新进展。相关成果以“Sonophysical mechanisms of bubble fragmentation near an ultrasonically vibrating boundary: Influence of frequency and amplitude on interfacial intensification”为题，以安徽理工大学为第一单位，发表于国际知名期刊Ultrasonics Sonochemistry（中科院一区，TOP期刊，影响因子10.2）。该期刊是声化学与超声工程领域国际权威期刊，主要发表超声波诱导化学反应、反应器以及声空化或水动力空化诱导过程等方向的高水平研究成果。研究成果得到国家重点研发计划项目（2023YFC3009100、2023YFC3009102）和安徽理工大学高层次人才科研启动基金（2024yjrc142）资助。
针对超声参数对含尘气泡溃破行为、碎片化尺度及空化持续性的调控规律尚不明确等问题，论文以掘进工作面全湿式超声空化除尘为工程背景，建立了超声振动壁面附近毫米级单气泡溃破物理模型，采用高分辨率VOF数值模拟方法，系统研究了超声频率和振幅对气泡形态演变、气相体积分数、流场速度特征及气泡破碎程度的影响机制。研究表明，超声作用下气泡溃破过程呈现显著的非对称收缩和高速贯穿性微射流特征，微射流是驱动气泡主体解体、碎片化和气液界面更新的主导机制。随着超声频率升高，气泡非对称溃破、射流强度和碎片化程度不断增强，但总体强化效果受瞬态溃破强度与空化持续性之间的权衡关系制约；25kHz频率能够在有效诱导非对称溃灭和射流冲击的同时，保持较好的气泡团结构与碎片分布。振幅则主要调控空化能量输入和冲击强度，过低振幅下气泡响应以振荡变形为主，过高振幅虽可增强瞬态冲击，却易造成空化活性快速衰减。综合分析认为，25kHz频率与20 μm振幅的组合在所考察范围内表现出较优综合性能，可在强化气泡破碎和保持后续空化活性之间取得更好平衡。研究成果揭示了振动边界调控下气泡碎片化和界面强化的声物理机制，为超声空化强化矿井湿式除尘装置设计及运行参数优化提供了理论依据。
振动边界驱动空化促进气泡碎片化与气液界面更新机制示意图
全湿式超声空化除尘装置及其工作原理示意图
此次研究是学院面向矿山粉尘防治和安全高效开采重大需求开展基础研究与装备优化的又一重要成果。近年来，安全科学与工程学院围绕深部煤炭安全开采、职业健康防护和绿色矿山建设等方向持续凝练科研问题，推动多学科交叉融合与工程应用转化。其中，陆伟教授团队长期聚焦矿井粉尘防治与湿式除尘技术创新，围绕粉尘高效捕集、气液界面强化和超声空化协同增效等关键问题开展了系列研究，为提升矿井粉尘精准治理能力和保障井下作业人员职业健康提供科技支撑。
第一作者介绍：赵志涛，安徽理工大学安全科学与工程学院2022级博士生（导师：袁亮院士、陆伟教授），主要围绕矿山粉尘防治方向开展研究。
通讯作者介绍：陆伟，教授、博士生导师，安徽理工大学发展规划处处长、学科建设办公室主任、高教研究所所长，长期从事煤矿安全领域研究，围绕矿井灾害防治基础理论、关键技术方法与工程应用实践开展了系统性工作，并在矿井粉尘治理、湿式除尘与职业健康防护等方向形成了系列研究成果。主持国家重点研发课题、国家自然科学基金及安徽省重点研发、创新团队等项目30余项，主持重要横向和治理工程80余项，获国家技术发明二等奖、安徽省科技进步一等奖、中国煤炭工业协会一等奖等多项科技奖励。近年来在《Energy》《煤炭学报》等期刊发表论文120篇，授权发明专利85件、国际专利5件，参与制修订行业标准5项，并入选国家重大人才工程项目，享受国务院政府特殊津贴。
论文信息：Zhitao Zhao, Wei Lu, Qingsong Zhang, Hui Zhuo, Zhaoyang Su,Sonophysical mechanisms of bubble fragmentation near an ultrasonically vibrating boundary: Influence of frequency and amplitude on interfacial intensification[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2026, 129: 107852. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2026.107852
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2026.107852
