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2013.05.30

詳解超聲波的空化作用

  超聲波空化作用是指存在于液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下振動,當聲壓達到一定值時發生的生長和崩潰的動力學過程。空化作用一般包括3個階段:空化泡的形成、長大和劇烈的崩潰。當盛滿液體的容器通入超聲波后,由于液體振動而產生數以萬計的微小氣泡,即空化泡。這些氣泡在超聲波縱向傳播形成的負壓區生長,而在正壓區迅速閉合,從而在交替正負壓強下受到壓縮和拉伸。在氣泡被壓縮直至崩潰的一瞬間,會產生巨大的瞬時壓力,一般可高達幾十兆帕至上百兆帕。

  潔盟測得:空化可使氣相反應區的溫度達到5 200 K左右,液相反應區的有效溫度達到1 900 K左右,局部壓力在5.05× 10 kPa,溫度變化率高達10K/s,并伴有強烈的沖擊波和時速達400 km 的微射流。這種巨大的瞬時壓力,可以使懸浮在液體中的固體表面受到急劇的破壞。

  通常將超聲波空化分為穩態空化和瞬間空化2種類型:穩態空化是指在聲強較低(一般小于10 w/cm )時產生的空化泡,其大小在其平衡尺寸附近振蕩,生成周期達數個循環。當擴大到使其自身共振頻率與聲波頻率相等時,發生聲場與氣泡的最大能量耦合,產生明顯的空化作用。瞬態空化則是指在較大的聲強(一般大于10 w/cm )作用下產生的生存周期較短的空化泡(大都發生在1個聲波周期內)。

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