超聲波空化的起源與原理

超聲波空化是一種由功率超聲波在液體媒質(zhì)中引起的特殊物理過(guò)程，其產(chǎn)生的空化效應(yīng)在超聲波清洗中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這一過(guò)程的起源在于超聲波在液體中傳播時(shí)，導(dǎo)致液體質(zhì)點(diǎn)在疏密狀態(tài)間迅速轉(zhuǎn)換，從而形成空穴。這種空穴的形成涉及到聲強(qiáng)、空化闕值等關(guān)鍵因素。

1. 空化產(chǎn)生的原因

超聲波以縱波形式傳播，使得液體質(zhì)點(diǎn)在傳播過(guò)程中經(jīng)歷密集和稀疏狀態(tài)的交替。在稀疏狀態(tài)下，液體質(zhì)點(diǎn)承受拉力，當(dāng)拉力超過(guò)靜壓力時(shí)，形成真空空穴，即氣泡。這一過(guò)程循環(huán)不斷，氣泡產(chǎn)生、增大、崩塌、消失，形成了空化現(xiàn)象。

2. 聲強(qiáng)與空化闕值

空化效應(yīng)與聲強(qiáng)密切相關(guān)，聲強(qiáng)需達(dá)到一定值才能引發(fā)空化作用。空化闕值是實(shí)現(xiàn)液體空化所需的最低聲壓或聲強(qiáng)。高聲強(qiáng)會(huì)使空化效應(yīng)更加顯著，但過(guò)大的功率密度可能產(chǎn)生無(wú)用氣泡，影響清洗效果并有可能引發(fā)空化腐蝕。

3. 空穴的類型

空穴分為氣體性空穴和蒸汽性空穴兩種。氣體性空穴是由溶解在液體中的氣體形成，而蒸汽性空穴則是通過(guò)超聲波能量使液體飽和蒸汽壓降低形成的。蒸汽性空穴具有更高的沖擊壓力，因此在清洗中表現(xiàn)出更強(qiáng)的效果。

超聲波空化效應(yīng)及清洗作用

在超聲波空化的液態(tài)聲場(chǎng)中，空穴崩塌產(chǎn)生的效應(yīng)包括高溫、高壓、發(fā)光、放電和沖擊波等一系列物理化學(xué)效應(yīng)，統(tǒng)稱為空化效應(yīng)。

1. 氣泡內(nèi)部的物理化學(xué)效應(yīng)

真空氣泡崩塌時(shí)，產(chǎn)生的高溫和高壓能使水分子分解為自由基，例如·H和·OH，以及由·OH結(jié)合形成的H2O2，后者是強(qiáng)氧化劑，有助于完成一些常規(guī)條件下難以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。此外，超臨界水的產(chǎn)生有助于去除水中的有機(jī)污染物。

2. 氣泡外部的物理化學(xué)效應(yīng)

真空氣泡崩塌時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，波速幾倍于聲速。這種沖擊波能夠破壞不溶性污染物，快速粉碎并分散在清洗媒質(zhì)中。在液態(tài)媒質(zhì)中，超聲波頻率越高，伴隨著數(shù)千次以上的沖擊波，對(duì)工件表面的污染物起到破壞和清除的作用。

3. 氣泡對(duì)工件表面的擦洗作用

空化產(chǎn)生的氣泡在振動(dòng)中對(duì)工件表面有擦洗作用。氣泡能夠穿透縫隙，對(duì)盲孔、縫隙以及一般難以清洗的地方進(jìn)行擦洗，實(shí)現(xiàn)清洗的全面性和徹底性。

總結(jié)：超聲波的空化效應(yīng)在清洗中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過(guò)空穴的產(chǎn)生、崩塌所引發(fā)的一系列物理化學(xué)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污染物的粉碎、分散和清除。在超聲波清洗中，需要注意控制聲強(qiáng)，使其在適宜范圍內(nèi)，以獲得更好的清洗效果。超聲波空化技術(shù)的應(yīng)用將在清洗領(lǐng)域展現(xiàn)更為廣闊的前景。