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毒液为什么偏就害怕这类声音?
2019/01/16 | 作者:中科院噪声与振动重点实验室 靳伯骜 | 【 【打印】【关闭】

      

  《毒液》电影剧照(图/豆瓣电影)

  近期上映的科幻电影《毒液:致命守护者》可谓赚足了眼球,内地首月票房豪取18亿元。取自漫画的毒液源于一种外星共生体(毒液是共生体与宿主结合后的统称),在电影里,外星共生体(高粘稠度液体)与男主角艾迪合体变成毒液,拥有灵敏的感觉、惊为天人的速度与力量,最终打败另一个外星共生体合成的坏蛋,顺便追回前女友,重返人生巅峰。

  但是,强大的毒液也有弱点,他害怕高频声波。核磁共振与飞机掠过的噪音硬生生把毒液共生体逼出了宿主体内,最后广播发出的声音吊打毒液一族的小头目。我们不禁产生好奇,毒液为什么害怕这类声音呢?  

  毒液做个核磁共振被吓得五官模糊(图/豆瓣电影)

  今天就带大家开开脑洞,从另一个视角解释高粘稠度液体为什么害怕高频声波。

  超声波——粘稠液体的“天敌”

  在地球上,高粘稠度的液体种类很多,原油就是其中一种。

  石油未加工时被称为原油,是一种粘稠的、深褐色的液体。原油经过分馏得到汽油与柴油等燃油之后,会剩余一些粘稠的液体,依据成分、工艺,分为重油、渣油、沥青等。

  原油的粘稠度很高,堪比蜂蜜,使用管道运输原油特别费劲。

  为了降低原油的粘度,科学家和工程师出了很多招:加热管道、将原油与其他液态碳氢化合物混合、用水乳化等等,这些方法不易操作,而且会给后续加工带来不少麻烦。有什么更好的办法吗?后来科学家发现,原油的粘度与沥青质含量有极大关系。

  为了对付这个“祸首”,科学家想到了超声波。超声波能量高,可以在各种液体里制造空化现象。

  

  液体中的气泡(图/Pixabay

  液体里面存在细小的气泡或固体颗粒,它们的表面和液体的连接强度较低,当超声波在液体中传播的时候,会产生压力的变化。如果压力低到一定程度,液体中的气体分子聚集在气泡内,把气泡胀大。当高压来临,泡泡就变小。

  具体来说,由于气泡是三维的,其半径减小10倍,体积就会缩小1000倍。超声波作用下,剧烈膨胀或坍缩的气泡变成空泡,内部将产生高温高压。如果空泡周围存在坚硬壁面,空泡会发生非球形溃灭,产生射向壁面的高速射流,释放巨大能量。

  在高能的超声波作用下,原油中的长链分子被打断,形成短链的小分子以及自由基。其中,小分子可以降低原油粘度,而自由基容易和其他分子结合,形成絮状沉淀,阻塞管道。所以超声处理的时间不能太长,否则自由基浓度升高之后原油粘度又升上去了。  

  声波作用沥青质(图/中科院声学所)

  利用超声波降低原油粘度的频段很宽,有时使用的频率已经低到了可听声范围。

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  吴鹏飞、王荣泉、钟平对本文亦有贡献

 
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