逆流超声波设备提取与媒质的关联

逆流超声波设备是物质介质中的一种弹性机械波,其频率范围为2 ×104～2 ×109 Hz。逆流超声波设备在物质介质中形成介质粒子的机械振动,这种含有能量的超声振动引起的与媒质的相互作用,可以归纳为热作用、机械作用和空化作用。

(1) 热作用:逆流超声波设备在媒质内传播过程中,其振动能量不断地被媒质吸收转变为热能而使其自身温度升高,当强度为I 的平面逆流超声波设备在声压吸收系数为α的媒质中传播时,单位体积Q 媒质中逆流超声波设备作用t 秒产生的热量为Q = 2αIt ,即与媒质的吸收系数、逆流超声波设备强度及辐照时间成比例。

(2) 机械作用:逆流超声波设备甚至是低强度的逆流超声波设备作用都可使介质的质点交替压缩伸张,产生线形或非线形交变振动,引起相互作用的柏努利力、粘滞力等,从而增强介质的质点运动,加速质量传递作用。

(3) 空化作用:在超声产生的压力波作用下,媒质中分子的平均距离随着分子的振动而变化,当对液体施加足够的负压时,分子间距离超过保持液体作用的临界分子间距,就会形成空穴,一旦空穴形成,它将一直增长至负声压达到极大值,但是在相继而来的声波正压相内这些空穴又将被压缩,其结果是一些空化泡将进入持续振荡,而另外一些将完全崩溃。Flynn 把空化分为瞬态空化(指声强度大于10 W/cm2 时产生的生存周期较短的空化泡) 和稳态空化(指在声强

度较低时产生的空化泡,其大小在其平衡尺寸附近振荡,生成周期达数个循环) 液体内可同时产生上述两种空化作用,且在一定条件下,稳态空化可转化成瞬态空化,瞬态空化绝热收缩至崩溃时极短时间在空化泡周围的极小空间内可产生5000 K以上的高温和约5 ×107 Pa 的高压,温度变化率高达109 K/ s ,并伴生强烈的冲击波和(或) 时速达400 km的微射流,从而提供了一种新的非常特殊的物理环境[1 ,2 ] 。由于逆流超声波设备的以上作用,可以产生以下效应: ①力学效应如搅拌作用、分散效应、破碎作用、除气作用、成雾作用、凝聚作用、定向作用; ②热学效应如媒质吸收热引起的整体加热、边界处的局部高温高压等; ③ 光学效应如引起光的衍射、折射、声致发光; ④电学效应如超声电镀、压电; ⑤化学效应如加速化学反应,产生新的化学反应物。究竟产生何种效应以及效应的强弱,与超声作用的参数及作用的对象密切相关,应视具体情况进行分析[1 ,3 ] 。