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

(1) 熱作用:逆流超聲波設(shè)備在媒質(zhì)內(nèi)傳播過程中,其振動能量不斷地被媒質(zhì)吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏�使其自身溫度升�?當(dāng)強(qiáng)度為I 的平面逆流超聲波設(shè)備在聲壓吸收系數(shù)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(shè)備作用t 秒產(chǎn)生的熱量為Q = 2αIt ,即與媒質(zhì)的吸收系數(shù)、逆流超聲波設(shè)備強(qiáng)度及輻照時(shí)間成比例。

(2) 機(jī)械作用:逆流超聲波設(shè)備甚至是低強(qiáng)度的逆流超聲波設(shè)備作用都可使介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)交替壓縮伸張,產(chǎn)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(qiáng)介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動,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分子的振動而變化,當(dāng)對液體施加足夠的負(fù)壓時(shí),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(fù)聲壓達(dá)到極大值,但是在相繼而來的聲波正壓相內(nèi)這些空穴又將被壓縮,其結(jié)果是一些空化泡將進(jìn)入持續(xù)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(qiáng)度大于10 W/cm2 時(shí)產(chǎn)生的生存周期較短的空化泡) 和穩(wěn)態(tài)空化(指在聲強(qiáng)

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(dá)數(shù)個(gè)循環(huán)) 液體內(nèi)可同時(shí)產(chǎn)生上述兩種空化作用,且在一定條件下,穩(wěn)態(tài)空化可轉(zhuǎn)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)間在空化泡周圍的極小空間內(nèi)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(dá)109 K/ s ,并伴生強(qiáng)烈的沖擊波和(或) 時(shí)速達(dá)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(shè)備的以上作用,可以產(chǎn)生以下效應(yīng): ①力學(xué)效應(yīng)如攪拌作用、分散效應(yīng)、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(yīng)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(yīng)如引起光的衍射、折射、聲致發(fā)光; ④電學(xué)效應(yīng)如超聲電鍍、壓電; ⑤化學(xué)效應(yīng)如加速化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生新的化學(xué)反應(yīng)物。究竟產(chǎn)生何種效應(yīng)以及效應(yīng)的強(qiáng)弱,與超聲作用的參數(shù)及作用的對象密切相關(guān),應(yīng)視具體情況進(jìn)行分析[1 ,3 ] 。