逆流超聲波設備提取與媒質的關聯

逆流超聲波設備是物質介質中的一種彈性機械波,其頻率范圍為2 ×104～2 ×109 Hz。逆流超聲波設備在物質介質中形成介質粒子的機械振動,這種含有能量的超聲振動引起的與媒質的相互作用,可以歸納為熱作用、機械作用和空化作用。

(1) 熱作用:逆流超聲波設備在媒質內傳播過程中,其振動能量不斷地被媒質吸收轉變為熱能而使其自身溫度升高,當強度為I 的平面逆流超聲波設備在聲壓吸收系數為α的媒質中傳播時,單位體積Q 媒質中逆流超聲波設備作用t 秒產生的熱量為Q = 2αIt ,即與媒質的吸收系數、逆流超聲波設備強度及輻照時間成比例。

(2) 機械作用:逆流超聲波設備甚至是低強度的逆流超聲波設備作用都可使介質的質點交替壓縮伸張,產生線形或非線形交變振動,引起相互作用的柏努利力、粘滯力等,從而增強介質的質點運動,加速質量傳遞作用。

(3) 空化作用:在超聲產生的壓力波作用下,媒質中分子的平均距離隨著分子的振動而變化,當對液體施加足夠的負壓時,分子間距離超過保持液體作用的臨界分子間距,就會形成空穴,一旦空穴形成,它將一直增長至負聲壓達到極大值,但是在相繼而來的聲波正壓相內這些空穴又將被壓縮,其結果是一些空化泡將進入持續振蕩,而另外一些將完全崩潰。Flynn 把空化分為瞬態空化(指聲強度大于10 W/cm2 時產生的生存周期較短的空化泡) 和穩態空化(指在聲強

度較低時產生的空化泡,其大小在其平衡尺寸附近振蕩,生成周期達數個循環) 液體內可同時產生上述兩種空化作用,且在一定條件下,穩態空化可轉化成瞬態空化,瞬態空化絕熱收縮至崩潰時極短時間在空化泡周圍的極小空間內可產生5000 K以上的高溫和約5 ×107 Pa 的高壓,溫度變化率高達109 K/ s ,并伴生強烈的沖擊波和(或) 時速達400 km的微射流,從而提供了一種新的非常特殊的物理環境[1 ,2 ] 。由于逆流超聲波設備的以上作用,可以產生以下效應: ①力學效應如攪拌作用、分散效應、破碎作用、除氣作用、成霧作用、凝聚作用、定向作用; ②熱學效應如媒質吸收熱引起的整體加熱、邊界處的局部高溫高壓等; ③ 光學效應如引起光的衍射、折射、聲致發光; ④電學效應如超聲電鍍、壓電; ⑤化學效應如加速化學反應,產生新的化學反應物。究竟產生何種效應以及效應的強弱,與超聲作用的參數及作用的對象密切相關,應視具體情況進行分析[1 ,3 ] 。