超声波在液体高强度超声下会发生声空化,在超声波源附近形成气泡云,并听到一种强烈的嘶嘶声。空化是指在液体中形成真空气泡,它们由小变大,短暂振荡,然后先后内爆,瞬间产生高压高温的物理现象,引起许多化学,声化反应,例如污染物氧化、杀菌、聚合、脱硫、长链分子降解等。

超声气泡
超声波真空气泡的形成原理是通过超声波在液体中产生局部的负压区域,导致液体内部形成气体空腔。以下是超声波真空气泡形成的基本原理:
1.超声波传播:超声波是一种机械波,具有高频率和高能量。当超声波在液体中传播时,它会引起液体分子的振动和相对位移。
2.声束聚焦:通过特定的超声波发射器和聚焦装置,超声波能够被聚焦到一个小的区域内。这种聚焦机制使得超声波能量在局部区域更加集中。
3.负压形成:超声波聚焦区域内的液体分子受到快速振动和相对位移的影响,从而形成了一个局部的负压区域。这个负压区域使得液体的压强低于周围环境。
4.气体溶解和扩散:在负压区域内,液体中的溶解气体开始扩散并逸出液体。由于液体内部的压强较低,气体分子能够从液体中脱离形成气体空腔。
5.气泡稳定:一旦气体空腔形成,它会受到液体的表面张力和周围液体的压力的平衡作用,从而保持稳定存在。这样就形成了超声波真空气泡。
研究表明,低压气泡云形成的基本原理,图中注射器装有液体,用手指堵住针头。当活塞向上拉动时,由于注射器的体积增加,液体被拉伸,形成低压气泡。当活塞被释放,它会回到原来的位置,气泡会坍塌。如果活塞不断向上拉伸,形成的低压气泡会更多和更大,随后坍塌的强度就会增强。
超声波真空气泡的形成原理在医学、工业和科学研究中具有广泛的应用。空化场中产生流动电流、极快的微射流(速度高达500 m/s)和巨大的剪切力,促进各种物理和机械效应,例如乳化、颗粒破碎、细胞破碎、均质化、分散、脱气等。此外,在医学超声波成像中,真空气泡可以改变声波的传播路径,提高图像质量。