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。這一過程的起源在于超聲波在液體中傳播時,導(dǎo)致液體質(zhì)點在疏密狀態(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)點在傳播過程中經(jīng)歷密集和稀疏狀態(tài)的交替。在稀疏狀態(tài)下,液體質(zhì)點承受拉力,當(dāng)拉力超過靜壓力時,形成真空空穴,即氣泡。這一過程循環(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??栈I值是實現(xiàn)液體空化所需的*低聲壓或聲強(qiáng)。高聲強(qiáng)會使空化效應(yīng)更加顯著,但過大的功率密度可能產(chǎn)生無用氣泡,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,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,對工件表面的污染物起到破壞和清除的作用。
3. 氣泡對工件表面的擦洗作用
空化產(chǎn)生的氣泡在振動中對工件表面有擦洗作用。氣泡能夠穿透縫隙,對盲孔、縫隙以及一般難以清洗的地方進(jìn)行擦洗,實現(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),實現(xiàn)了對污染物的粉碎、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。