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超声液体真空云气泡形成的基本原理

时间:2023-08-22    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

超声液体真空云气泡形成的基本原理,文章摘自Sonomechanics的Blog.

研究表明,超声波在液体高强度超声下会发生声空化,在超声波源附近形成气泡云,并听到一种强烈的嘶嘶声。空化是指在液体中形成低压空洞(又称真空气泡或空腔),它们由小变大,短暂振荡,然后先后内爆,瞬间产生高压高温的物理现象,引起许多化学(声化)反应,例如污染物氧化、杀菌、聚合、脱硫、长链分子降解等。与此同时,空化场中产生流动电流、极快的微射流(速度高达500 m/s)和巨大的剪切力,促进各种物理和机械效应,例如乳化、颗粒破碎、细胞破碎、均质化、分散、脱气等。


低压气泡云形成的基本原理,图中注射器装有液体,用手指堵住针头。当活塞向上拉动时,由于注射器的体积增加,液体被拉伸,形成低压气泡。当活塞被释放,它会回到原来的位置,气泡会坍塌。如果活塞不断向上拉伸,形成的低压气泡会更多和更大,随后坍塌的强度就会增强。

在开放式的容器中,由于超声振动每秒2万次以上,液体没有时间填充低压区域,因此形成真空气泡云。


超声空化时真空气泡发生动态变化,气泡的振荡与增长同时发生,并将周围液体蒸汽(瞬间高温产生的蒸汽)以及溶解的气体吸进内部。这个过程被称为rectified diffusion。气泡内部压力相对较低,这有助于最终的爆破。在爆破阶段,气泡壁的速度可以超过气体中的声速。这会在气泡中产生冲击波(类似于飞机穿过音障时产生的冲击波),使气泡形成微小的碎片,进一步推动空化效应,从而达到乳化,破碎,清洗,均质,分散,脱气的目的。

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