詳解超聲波的空化作用

超聲波空化作用是指存在于液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)發(fā)生的生長和崩潰的動(dòng)力學(xué)過程。空化作用一般包括3個(gè)階段：空化泡的形成、長大和劇烈的崩潰。當(dāng)盛滿液體的容器通入超聲波后，由于液體振動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡，即空化泡。這些氣泡在超聲波縱向傳播形成的負(fù)壓區(qū)生長，而在正壓區(qū)迅速閉合，從而在交替正負(fù)壓強(qiáng)下受到壓縮和拉伸。在氣泡被壓縮直至崩潰的一瞬間，會(huì)產(chǎn)生巨大的瞬時(shí)壓力，一般可高達(dá)幾十兆帕至上百兆帕。

科橋測(cè)得：空化可使氣相反應(yīng)區(qū)的溫度達(dá)到5200K左右，液相反應(yīng)區(qū)的有效溫度達(dá)到1900 K左右，局部壓力在5.05×10kPa，溫度變化率高達(dá)10K/s，并伴有強(qiáng)烈的沖擊波和時(shí)速達(dá)400 km的微射流。這種巨大的瞬時(shí)壓力，可以使懸浮在液體中的固體表面受到急劇的破壞。

通常將超聲波空化分為穩(wěn)態(tài)空化和瞬間空化2種類型：穩(wěn)態(tài)空化是指在聲強(qiáng)較低(一般小于10 w/cm)時(shí)產(chǎn)生的空化泡，其大小在其平衡尺寸附近振蕩，生成周期達(dá)數(shù)個(gè)循環(huán)。當(dāng)擴(kuò)大到使其自身共振頻率與聲波頻率相等時(shí)，發(fā)生聲場與氣泡的最大能量耦合，產(chǎn)生明顯的空化作用。瞬態(tài)空化則是指在較大的聲強(qiáng)(一般大于10 w/cm)作用下產(chǎn)生的生存周期較短的空化泡(大都發(fā)生在1個(gè)聲波周期內(nèi))。