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        空化作用

        發布時間:2021-09-09   點擊次數:2001次

        空化作用是由于液體中形成空穴而局部產生高壓、高溫、放電、發光或激震波等的作用??栈饔每捎沙暡ǐ@得,因為超聲波頻率高、能量大,在液體中傳播時,可以產生大量的小空腔。這些空腔存在時間極短,當它們驟然收縮時,在液體中會產生高達數千大氣壓的巨大壓強,從而產生大量的熱能,形成局部的強壓力和高溫度,足以引起液體的化學變化。

        空化的三個階段

        空化是液體特有的現象,發生在液體內部的低壓區、尤其是在液體與固體的交界面上,傳統意義上的空化是液體與其蒸氣的相變過程,包括產生、發展、消失三個階段。產生階段稱為“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,可能造成對材料的破壞,也可能被利用來為多種工業工程服務;在初生與潰滅之間的是空化發展階段,稱為“空化發展",它主要是干擾空化物體的運動、使力發生了 變化,譬如推力下降、構件振動等,在某些情況下也可以減阻、甚至將阻力系數降低一個數量級。


        空化氣泡的液體射流接近固體邊界,影響基底并引起侵蝕
        空化氣泡的液體射流接近固體邊界,影響基底并引起侵蝕


        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生振動,當聲壓達到一定值時,氣泡將迅速膨脹,然后突然閉合,在氣泡閉合時產生沖擊波,這種膨脹、閉合、振蕩等一系列動力學過程。所有與液體相關的超聲處理技術都是利用超聲空化作為動力。

        由于超聲空化作用過程非常復雜,涉及聲學、化學、 光學、流體力學等多門學科,而且在實際中不可能把空化效應和機械效應、光電效應等分離開來。由于空化作用引發的物 理、化學、生物等效應又具有相當特異的性質,而這些性質具有重要的理論價值和巨大應用潛力。比如,空化泡的潰滅會在空泡周圍極小的空間內產生微射流,并對外輻射空化噪聲??张轁鐣r產生的高溫 高壓可用于清洗、切割、破碎物件,改善材料表面性能、過程強化等方面,超聲波空化作用已成為當前研究的熱點。

        空化作用的產生

        當以高強度超聲波處理液體時,傳播到液體介質中的聲波會產生交替的高壓(壓縮)和低壓(稀疏)循環,其速率取決于頻率。在低壓循環期間,高強度的超聲波會在液體中產生小的真空氣泡或空隙。當氣泡達到不能再吸收能量的 體積時, 它們在高壓循環中劇烈地坍塌,這種現象稱為空化。在爆炸期間,局部將達到非常高的溫度(約5,000K)和壓力(約2,000atm)??栈瘹馀莸谋罎⒁矊е乱后w射流高達280m/s的速度,所產生的剪切力機械地破壞細胞膜并改善材料轉移。根據所采用的超聲波參數,超聲波對細胞有破壞性或建設性影響,取決于所使用的超聲參數。


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