逆流超聲波設備提取與媒質(zhì)的關(guān)聯(lián)

逆流超聲波設備是物質(zhì)介質(zhì)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(zhì)介質(zhì)中形成介質(zhì)粒子的機械振動(dòng),這種含有能量的超聲振動(dòng)引起的與媒質(zhì)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(zhì)內傳播過(guò)程中,其振動(dòng)能量不斷地被媒質(zhì)吸收轉變?yōu)闊崮芏�使其自身溫度升�?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(zhì)中傳播時(shí),單位體積Q 媒質(zhì)中逆流超聲波設備作用t 秒產(chǎn)生的熱量為Q = 2αIt ,即與媒質(zhì)的吸收系數、逆流超聲波設備強度及輻照時(shí)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(zhì)的質(zhì)點(diǎn)交替壓縮伸張,產(chǎn)生線(xiàn)形或非線(xiàn)形交變振動(dòng),引起相互作用的柏努利力、粘滯力等,從而增強介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)運動(dòng),加速質(zhì)量傳遞作用。

(3) 空化作用:在超聲產(chǎn)生的壓力波作用下,媒質(zhì)中分子的平均距離隨著(zhù)分子的振動(dòng)而變化,當對液體施加足夠的負壓時(shí),分子間距離超過(guò)保持液體作用的臨界分子間距,就會(huì )形成空穴,一旦空穴形成,它將一直增長(cháng)至負聲壓達到極大值,但是在相繼而來(lái)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(jìn)入持續振蕩,而另外一些將完全崩潰。Flynn 把空化分為瞬態(tài)空化(指聲強度大于10 W/cm2 時(shí)產(chǎn)生的生存周期較短的空化泡) 和穩態(tài)空化(指在聲強

度較低時(shí)產(chǎn)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(gè)循環(huán)) 液體內可同時(shí)產(chǎn)生上述兩種空化作用,且在一定條件下,穩態(tài)空化可轉化成瞬態(tài)空化,瞬態(tài)空化絕熱收縮至崩潰時(shí)極短時(shí)間在空化泡周?chē)�的極小空間內可產(chǎn)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(shí)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(huán)境[1 ,2 ] 。由于逆流超聲波設備的以上作用,可以產(chǎn)生以下效應: ①力學(xué)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(xué)效應如媒質(zhì)吸收熱引起的整體加熱、邊界處的局部高溫高壓等; ③ 光學(xué)效應如引起光的衍射、折射、聲致發(fā)光; ④電學(xué)效應如超聲電鍍、壓電; ⑤化學(xué)效應如加速化學(xué)反應,產(chǎn)生新的化學(xué)反應物。究竟產(chǎn)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(guān),應視具體情況進(jìn)行分析[1 ,3 ] 。