2013.05.30

详解超声波的空化作用

  超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动,当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。空化作用一般包括3个阶段:空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。当盛满液体的容器通入超声波后,由于液体振动而产生数以万计的微小气泡,即空化泡。这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区生长,而在正压区迅速闭合,从而在交替正负压强下受到压缩和拉伸。在气泡被压缩直至崩溃的一瞬间,会产生巨大的瞬时压力,一般可高达几十兆帕至上百兆帕。

  洁盟测得:空化可使气相反应区的温度达到5 200 K左右,液相反应区的有效温度达到1 900 K左右,局部压力在5.05× 10 kPa,温度变化率高达10K/s,并伴有强烈的冲击波和时速达400 km 的微射流。这种巨大的瞬时压力,可以使悬浮在液体中的固体表面受到急剧的破坏。

  通常将超声波空化分为稳态空化和瞬间空化2种类型:稳态空化是指在声强较低(一般小于10 w/cm )时产生的空化泡,其大小在其平衡尺寸附近振荡,生成周期达数个循环。当扩大到使其自身共振频率与声波频率相等时,发生声场与气泡的最大能量耦合,产生明显的空化作用。瞬态空化则是指在较大的声强(一般大于10 w/cm )作用下产生的生存周期较短的空化泡(大都发生在1个声波周期内)。