化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
超聲波空化作用的原理
閱讀：4620 發(fā)布時(shí)間：2022-8-4空化作用名是由于液體中形成空穴而局部產(chǎn)生高壓、高溫、放電、發(fā)光或激震波等的作用?？栈饔每捎沙暡ǐ@得，因?yàn)槌暡l率高、能量大，在液體中傳播時(shí)，可以產(chǎn)生大量的小空腔。這些空腔存在時(shí)間極短，當(dāng)它們驟然收縮時(shí)，在液體中會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)千大氣壓的巨大壓強(qiáng)，從而產(chǎn)生大量的熱能，形成局部的強(qiáng)壓力和高溫度，足以引起液體的化學(xué)變化。
空化的三個(gè)階段
空化是液體*的現(xiàn)象，發(fā)生在液體內(nèi)部的低壓區(qū)、尤其是在液體與固體的交界面上，傳統(tǒng)意義上的空化是液體與其蒸氣的相變過程，包括產(chǎn)生、發(fā)展、消失三個(gè)階段。產(chǎn)生階段稱為“空化初生"，伴有噪聲輻射的大幅度上升；消失階段稱為“空化潰滅"，釋放出巨大的壓能和熱能，可能造成對(duì)材料的破壞，也可能被利用來為多種工業(yè)工程服務(wù)；在初生與潰滅之間的是空化發(fā)展階段，稱為“空化發(fā)展"，它主要是干擾空化物體的運(yùn)動(dòng)、使力發(fā)生了 變化，譬如推力下降、構(gòu)件振動(dòng)等，在某些情況下也可以減阻、甚至將阻力系數(shù)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
超聲波空化作用
超聲波空化作用是指液體中的微小氣泡核在超聲波作用下產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振蕩等一系列動(dòng)力學(xué)過程。所有與液體相關(guān)的超聲處理技術(shù)都是利用超聲空化作為動(dòng)力。
由于超聲空化作用過程非常復(fù)雜，涉及聲學(xué)、化學(xué)、 光學(xué)、流體力學(xué)等多門學(xué)科，而且在實(shí)際中不可能把空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)、光電效應(yīng)等分離開來。由于空化作用引發(fā)的物 理、化學(xué)、生物等效應(yīng)又具有相當(dāng)特異的性質(zhì)，而這些性質(zhì)具有重要的理論價(jià)值和巨大應(yīng)用潛力。比如，空化泡的潰滅會(huì)在空泡周圍極小的空間內(nèi)產(chǎn)生微射流，并對(duì)外輻射空化噪聲?？张轁鐣r(shí)產(chǎn)生的高溫 高壓可用于清洗、切割、破碎物件，改善材料表面性能、過程強(qiáng)化等方面，超聲波空化作用已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
空化作用的產(chǎn)生
當(dāng)以高強(qiáng)度超聲波處理液體時(shí)，傳播到液體介質(zhì)中的聲波會(huì)產(chǎn)生交替的高壓（壓縮）和低壓（稀疏）循環(huán)，其速率取決于頻率。在低壓循環(huán)期間，高強(qiáng)度的超聲波會(huì)在液體中產(chǎn)生小的真空氣泡或空隙。當(dāng)氣泡達(dá)到不能再吸收能量的 體積時(shí), 它們?cè)诟邏貉h(huán)中劇烈地坍塌，這種現(xiàn)象稱為空化。在爆炸期間，局部將達(dá)到非常高的溫度（約5,000K）和壓力（約2,000atm）?？栈瘹馀莸谋罎⒁矊?dǎo)致液體射流高達(dá)280m/s的速度，所產(chǎn)生的剪切力機(jī)械地破壞細(xì)胞膜并改善材料轉(zhuǎn)移。根據(jù)所采用的超聲波參數(shù)，超聲波對(duì)細(xì)胞有破壞性或建設(shè)性影響，取決于所使用的超聲參數(shù)。