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什么是空化效应

2014-05-14 11:32 出处:北本电器 作者:李琳娜

什么是空化效应呢?空化效应是指,高频振荡信号,通过超声波换能器转换成高频机械振荡(既超声波)而传播到介质(既清洗液)中,超声波在清洗液中的辐射,使液体振动而产生数以万计的微小气泡,这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区产生、生长,而在正压区迅速闭合,这种被称为空化效应。

在空化的基本效应中,还有许多其他有趣的现象。如,从能量放大的角度来看,一个声压幅值为0.1MPa的超声,可在水中产生声致发光,此压力相应于能量密度约为2.2J/cm3 ,或4×10-10eV/分子(eV为电子伏特单位,1eV=1.6021892×10-19J)。而最近证明,伴随声发光的光子具有超过6eV的能量。故声波产生发光的能量放大近似于1.5×1010。作为对比,考虑一个热能中子引起可分裂同位素铀的情况,中子具有约0.025eV的能量,它引起裂变释放能量约为200MeV,则其能量放大能力仅为0.8×1010!

又如,一个在刚性界面作形变振动的气泡,实验表明,在其闭合阶段,会产生通过气泡中心,突破泡壁,冲向界面的射流。同时也引起周围液体的微冲流。

再从泡内能量密度看,气泡快速闭合到微米级小泡内,其密集度可超过1012。最近美国 Los Alamos 国家实验室进行空化和微聚变(Micro-Fusion)实验。在重水(D2O)中,伴随超声空化有异常发热并产生了3He和4He核粉尘。反应率为 1012—1013Rx/s。

从降温速度看,气泡崩塌之后,泡内“热点”骤然冷却,冷却速度达108 K/s。这相当于金属熔浆放入液氮的急剧冷却速率。

超声波商用洗碗机

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影响空化效应的因素

1、超声波强度:对于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元用气泡,从而增加了做射衰减,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。引起空化,频率愈高,所需要的声强愈大。

3、液体的表面张力:液体的表面张力越大,空化强度越高,越不易于产生空化。

4、黏滞系数: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。

5、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,气泡中蒸气压增大,因此气泡闭合时增强了缓冲作用而使空化减弱。

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