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中引起的特殊物理過程，其產生的空化效應在超聲波清洗中發揮著至關重要的作用。這一過程的起源在于超聲波在液體中傳播時，導致液體質點在疏密狀態間迅速轉換，從而形成空穴。這種空穴的形成涉及到聲強、空化闕值等關鍵因素。

1. 空化產生的原因

超聲波以縱波形式傳播，使得液體質點在傳播過程中經歷密集和稀疏狀態的交替。在稀疏狀態下，液體質點承受拉力，當拉力超過靜壓力時，形成真空空穴，即氣泡。這一過程循環不斷，氣泡產生、增大、崩塌、消失，形成了空化現象。

2. 聲強與空化闕值

空化效應與聲強密切相關，聲強需達到一定值才能引發空化作用。空化闕值是實現液體空化所需的最低聲壓或聲強。高聲強會使空化效應更加顯著，但過大的功率密度可能產生無用氣泡，影響清洗效果并有可能引發空化腐蝕。

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，因此在清洗中表現出更強的效果。

超聲波空化效應及清洗作用

在超聲波空化的液態聲場中，空穴崩塌產生的效應包括高溫、高壓、發光、放電和沖擊波等一系列物理化學效應，統稱為空化效應。

1. 氣泡內部的物理化學效應

真空氣泡崩塌時，產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結合形成的H2O2，后者是強氧化劑，有助于完成一些常規條件下難以發生的化學反應。此外，超臨界水的產生有助于去除水中的有機污染物。

2. 氣泡外部的物理化學效應

真空氣泡崩塌時產生強烈的沖擊波，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中。在液態媒質中，超聲波頻率越高，伴隨著數千次以上的沖擊波，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行擦洗，實現清洗的全面性和徹底性。

總結：超聲波的空化效應在清洗中發揮著關鍵作用，通過空穴的產生、崩塌所引發的一系列物理化學效應，實現了對污染物的粉碎、分散和清除。在超聲波清洗中，需要注意控制聲強，使其在適宜范圍內，以獲得更好的清洗效果。超聲波空化技術的應用將在清洗領域展現更為廣闊的前景。