超聲波的空化原理與空化效應的其清洗作用

超聲波清洗技術一直以來都在各種工業(yè)領域中發(fā)揮著重要作用。它是如何工作的，以及它的清洗效應是如何實現(xiàn)的呢?

空化產(chǎn)生的原因

超聲波的工作原理基于一個特殊的物理現(xiàn)象，即超聲波的空化效應。超聲波是一種具有高頻率的聲波，當它在液體中傳播時，會引起液體中的質(zhì)點在短時間內(nèi)出現(xiàn)密集和稀疏的狀態(tài)切換。在密集狀態(tài)區(qū)，液體質(zhì)點受到正壓力作用，而在稀疏狀態(tài)區(qū)，液體質(zhì)點受到拉力。當拉力超過液體質(zhì)點間的相互引力(靜壓力)時，液體中的質(zhì)點會被拉力撕開，形成一個空洞，從而產(chǎn)生真空氣泡。這些氣泡隨后在液體中瞬間生長，然后崩塌，這一過程稱為空化。

聲強與空化閾值

超聲波清洗的關鍵是聲強，只有當聲強達到一定閾值時，空化效應才會發(fā)生。聲強高于空化閾值才能產(chǎn)生空化效應。聲壓強度越高，也就是功率密度越大，空化效應就越明顯。然而，過高的功率密度可能會產(chǎn)生大量無用氣泡，降低清洗效果，并有可能對工件表面產(chǎn)生腐蝕。

空穴的類型

空化效應產(chǎn)生不同類型的空穴，包括氣體性空穴和蒸汽性空穴。氣體性空穴是由液體中溶解的氣體形成的，而蒸汽性空穴是由液體中的能量產(chǎn)生的，與溶解的氣體無關。蒸汽性空穴的聲壓閾值要高于氣體性空穴，但它們能夠產(chǎn)生更強的清洗效果。

超聲波的清洗作用

超聲波的空化效應在清洗過程中發(fā)揮了重要作用，產(chǎn)生了多種物理化學效應。

氣泡內(nèi)部的物理化學效應

當真空氣泡崩塌時，內(nèi)部溫度和壓力急劇升高，達到5000K和50MPa以上。這些條件下，水分子會分解成自由基和H2O2。H2O2是強氧化劑，可以氧化水中的有機物，完成常規(guī)條件下難以實現(xiàn)的化學反應。此外，超臨界水的產(chǎn)生也能氧化有機物，去除水中的有機污染物。

氣泡外部的物理化學效應

氣泡崩塌時產(chǎn)生強烈的沖擊波，波速遠高于聲速。這種沖擊波會改變液體的結(jié)構(gòu)，破壞不溶性污染物，將其迅速粉碎并分散在清洗液中。這種效應特別適用于清洗難以處理的沉積物。

氣泡對工件表面的擦洗作用

氣泡產(chǎn)生的振動對工件表面具有擦洗作用。它們可以進入縫隙和難以清洗的地方，使清洗更加全面。

通過了解超聲波的空化原理與空化效應，我們可以更好地理解超聲波清洗技術是如何工作的，以及為什么它在各種工業(yè)應用中如此受歡迎。這一技術通過多種物理化學效應實現(xiàn)了良好的清洗效果，清洗液中的氣泡在清洗過程中產(chǎn)生的高溫、高壓、放電和沖擊波等效應，可以去除有機物和污染物，使清洗更加徹底。

總之，超聲波清洗技術是一種高效的清洗方法，其空化效應為清洗提供了強大的動力，使其在各種工業(yè)領域中都有廣泛的應用。