超聲波空化作用的原理

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。空化作用可由超聲波獲得，因為超聲波頻率高、能量大，在液體中傳播時，可以產(chǎn)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(chǎn)生高達數(shù)千大氣壓的巨大壓強，從而產(chǎn)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(xué)變化。

空化的三個階段

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動、使力發(fā)生了 變化，譬如推力下降、構(gòu)件振動等，在某些情況下也可以減阻、甚至將阻力系數(shù)降低一個數(shù)量級。

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，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(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振蕩等一系列動力學(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，而且在實際中不可能把空化效應(yīng)和機械效應(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)又具有相當特異的性質(zhì)，而這些性質(zhì)具有重要的理論價值和巨大應(yīng)用潛力。比如，空化泡的潰滅會在空泡周圍極小的空間內(nèi)產(chǎn)生微射流，并對外輻射空化噪聲。空泡潰滅時產(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(chǎn)生

當以高強度超聲波處理液體時，傳播到液體介質(zhì)中的聲波會產(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，高強度的超聲波會在液體中產(chǎn)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(huán)中劇烈地坍塌，這種現(xiàn)象稱為空化。在爆炸期間，局部將達到非常高的溫度（約5,000K）和壓力（約2,000atm）。空化氣泡的崩潰也導(dǎo)致液體射流高達280m/s的速度，所產(chǎn)生的剪切力機械地破壞細胞膜并改善材料轉(zhuǎn)移。根據(jù)所采用的超聲波參數(shù)，超聲波對細胞有破壞性或建設(shè)性影響，取決于所使用的超聲參數(shù)。