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超声波的空化及空化效应

分类:行业动态 376

超声波空化的起源与原理

超声波空化是一种由功率超声波在液体媒质中引起的特殊物理过程,其产生的空化效应在超声波清洗中发挥着至关重要的作用。这一过程的起源在于超声波在液体中传播时,导致液体质点在疏密状态间迅速转换,从而形成空穴。这种空穴的形成涉及到声强、空化阙值等关键因素。

1. 空化产生的原因

超声波以纵波形式传播,使得液体质点在传播过程中经历密集和稀疏状态的交替。在稀疏状态下,液体质点承受拉力,当拉力超过静压力时,形成真空空穴,即气泡。这一过程循环不断,气泡产生、增大、崩塌、消失,形成了空化现象。

2. 声强与空化阙值

空化效应与声强密切相关,声强需达到一定值才能引发空化作用。空化阙值是实现液体空化所需的最低声压或声强。高声强会使空化效应更加显著,但过大的功率密度可能产生无用气泡,影响清洗效果并有可能引发空化腐蚀。

3. 空穴的类型

空穴分为气体性空穴和蒸汽性空穴两种。气体性空穴是由溶解在液体中的气体形成,而蒸汽性空穴则是通过超声波能量使液体饱和蒸汽压降低形成的。蒸汽性空穴具有更高的冲击压力,因此在清洗中表现出更强的效果。

超声波清洗机的原理图

超声波空化效应及清洗作用

在超声波空化的液态声场中,空穴崩塌产生的效应包括高温、高压、发光、放电和冲击波等一系列物理化学效应,统称为空化效应。

1. 气泡内部的物理化学效应

真空气泡崩塌时,产生的高温和高压能使水分子分解为自由基,例如·H和·OH,以及由·OH结合形成的H2O2,后者是强氧化剂,有助于完成一些常规条件下难以发生的化学反应。此外,超临界水的产生有助于去除水中的有机污染物。

2. 气泡外部的物理化学效应

真空气泡崩塌时产生强烈的冲击波,波速几倍于声速。这种冲击波能够破坏不溶性污染物,快速粉碎并分散在清洗媒质中。在液态媒质中,超声波频率越高,伴随着数千次以上的冲击波,对工件表面的污染物起到破坏和清除的作用。

3. 气泡对工件表面的擦洗作用

空化产生的气泡在振动中对工件表面有擦洗作用。气泡能够穿透缝隙,对盲孔、缝隙以及一般难以清洗的地方进行擦洗,实现清洗的全面性和彻底性。

总结:超声波的空化效应在清洗中发挥着关键作用,通过空穴的产生、崩塌所引发的一系列物理化学效应,实现了对污染物的粉碎、分散和清除。在超声波清洗中,需要注意控制声强,使其在适宜范围内,以获得更好的清洗效果。超声波空化技术的应用将在清洗领域展现更为广阔的前景。

超声波清洗设备

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