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*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。