课程（毕业）论文-声空化及其应用.docx

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声空化及其应用

摘要：

超声波能广泛应用于各个领域主要是应用了其空化伴随着的机械效应，热效应，化学效应，生物效应等。

声空化的应用很大，但其也受相关因素的制约。

关键词：

声空化应用引言声空化及其相关效应研究是目前国际上的研究热点之一。

声空化及其相关效应的理论价值和巨大的应用潜力，以及非线性声学的飞速发展和技术的进步，使声空化研究重新成为超声学科中的最新生长点，成为具有探索性的跨学科的前沿课题。

1.超声波的空化效应大群气泡会出现在船舶的尾流中，也会出现在船舶的螺旋桨和水轮机上，这些气泡常称为空腔，出现空腔的现象称为空化。

空化是由进入液体的超声所激发的，不是由液体的高速流动引起的，因此称为声空化。

存在于液体中的气泡（空化核）在超声磁场的作用下振动当声压达到一定值时，随着声波所在的介质的膨胀和压缩，气泡将会相应地迅速的膨胀和收缩，收缩到极小的时候回突然破裂闭合，在气泡闭合时会产生高压强的冲击波。

这种膨胀，闭合，振荡等一系列动力学过程称为声空化效应。

声空化主要指下列两个方面的现象。

一方面，在液体内施加超声场，当超声强度足够大时，会在液体中产生成群的气泡；另一方面，气泡在超强声波的作用下，伴随着超声的稀疏相和压缩相，气泡体积生长，收缩，再生长，再收缩，多次周期性振荡，最终以高速度崩溃。

气泡在其周期性的振荡或崩溃过程中，会产生短促的极大的高温，高压，高电场，从而引发许多力学，物理、化学生物等效应。

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。

Suslick等人测得：

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．O5× 10 kPa，温度变化率高达10。

K／ 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1O 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 ） 。

2.单泡声致发光人们对声空化现象的观察最初注意的是它的闪光现象，这个现象称为声致发光。

现在对单一气泡的大量研究表明，单泡致发光有非常独特的性质，及高温、高压、高能量。

声空化的应用超声波的广泛的运用于各个领域就是应用了其空化作用以及其空化伴随着机械效应、热效应、化学效应、生物效应等等，机械效应和化学效应的应用，前者主要表现在非均相反应界面的增大；后者主要是由于空化过程中产生的高温高压使得高分子分解、化学键断裂和产生自由基等。

利用机械效应的过程包括吸附、结晶、电化学、非均相化学反应、过滤以及超声清洗等，利用化学效应的过程主要包括有机物降解、高分子化学反应以及其他自由基反应。

1.超声乳化超声乳化是把两种互不相容的液体混合在一起，成为一种乳浊液。

乳化作用的机理是：

当气泡膨胀时，油水界面受到泡壁的挤压部分向水向部分凸入，但界面没有被破坏，不能形成乳化。

当气泡随后收缩时，凸入水相的部分界面逐渐恢复平整。

当气泡继续收缩，这部分界面不再变形，直到气泡完全闭合的时刻，有部分油迅速挤进水里，接着这部分油柱断裂，构成一个油团落在水里，形成油/水（水包油）型乳化。

2.超声清洗超声清洗是将超声振动加到清洗液中，使液体产生空化。

液体中发生空化时，局部压力非常高，局部温度也很高。

通过这些物理过程，加上对洗液中化学洗擦济的充分搅拌作用，将物体表面的杂质、污垢和油垢等清洗干净。

3.超声雾化和超声加湿影响超声波空化的因素超声波空化作用的强弱与声学参数以及液体的物理化学性质有关1） 超声波强度超声波强度指单位面积上的超声功率，空化作用的产生与超声波强度有关。

对于一般液体超声波强度增加时，空化强度增大，但达到一定值后，空化趋于饱和，此时再增加超声波强度则会产生大量无用气泡，从而增加了散射衰减，降低了空化强度。

2） 超声波频率超声波频率越低，在液体中产生空化越容易。

也就是说要引起空化，频率愈高，所需要的声强愈大。

例如要在水中产生空化，超声波频率在400 kHz时所需要的功率要比在10 kHz时大1o倍，即空化是随着频率的升高而降低。

一般采用的频率范围20~40 kHz。

3） 液体的表面张力与黏滞系数液体的表面张力越大，空化强度越高，越不易于产生空化。

黏滞系数大的液体难以产生空化泡，而且传播过程中损失也大，因此同样不易产生空化。

4） 液体的温度液体温度越高，对空化的产生越有利，但是温度过高时，气泡中蒸汽压增大，因此气泡闭合时增强了缓冲作用而使空化减弱。