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研究人员提出空化强度的定义和测量方法
2020/07/07 | 作者:超声技术中心 吴鹏飞 | 【 【打印】【关闭】

  空化指“液体中由于某种原因(例如强声波的作用)形成局部气体或蒸汽空穴并成长和破灭的现象”。超声空化是一种由高强度超声波在液体中引起的空化。超声空化时产生的局部高温高压、冲击波、微射流、光辐射等物理效应,使其在超声清洗、超声乳化、声化学、超声破碎、超声治疗等很多领域发挥重要作用。

  “空化强度”在文献中出现已久,然而长期以来这个名词并没有明确的物理定义,只用来泛泛地表示空化的剧烈程度。目前,科研人员主要通过化学反应法、声致发光法、水听器测空化噪声法和空蚀法来评价空化强弱。这几种方法分别利用空化的化学效应、光辐射、声辐射和力学效应来间接反映空化的强弱,测量结果往往不一致,不能全面客观地反映空化场的强弱特性。

  近期,超声技术中心吴鹏飞博士等人从空化多种效应之间内在关联性及空化泡动力学过程中的能量转化入手,提出用空化功率密度即单位时间单位空间内的空化能来定义空化强度,提出了空化强度近似计算式,并初步探讨了基于该定义测量空化强度的方法。

  相关研究成果2020424日在线发表于国际学术期刊 Ultrasonics Sonochemistry

  

  空化强度定义及测量方法示意图(图/中科院声学所

  由研究人员提供的空化强度公式得出,通过测量图中的q(x,y,z,t)可以算出空化强度。相比水听器测噪声法,利用q来表征空化强度不会受到背景声场的干扰,更全面客观地反映空化强弱。另外,空化强度与周围液体环境、超声参数、气核尺寸及其空间分布都有关,并不一定是频率越低、空化强度越高。在固定的液体环境及气核状况下,对于具有一定声压振幅的超声来说,可能存在一个适中的超声频率使空化强度达到最大值。

  本研究得到了国家自然科学基金(No. 11904384, 11874062)资助。

  关键词:

  空化强度;空化泡动力学;能量转化

  参考文献:

  WU Pengfei, BAI Lixin, LIN Weijun. On the definition of cavitation intensity. Ultrasonics Sonochemistry, 2020, 67(105141). DOI: 10.1016/j.ultsonch.2020.105141.

  论文链接:

  https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105141

 
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