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超声场中的杆状空化结构如何“变身”?
2018/04/02 | 作者:超声技术中心 白立新 | 【 【打印】【关闭】

  近日,声学所超声技术中心副研究员白立新及其合作者发现了一种液体薄层中的杆状超声空化结构,相关研究成果发表于国际学术期刊Ultrasonics SonochemistryDOI: 10.1016/j.ultsonch.2018.02.030)。

  空化是指当液体的压强低于液体的气化压强时,空泡的形成及其后的动力学过程。空化的应用范围遍及众多工业领域,包括超声影像与治疗、超声钎焊、超声碎石、超声化学、超声清洗、废水处理、喷射切割等。

  空化场中的气泡就如同一个个冲击波发生器或声化学反应器,空化的机械效应和化学效应是产生上述应用的根本原因。

  研究表明,超声空泡很少孤立存在,多以团簇的形式出现,且这些空泡群的空间分布通常是不均匀的,会在超声场中形成不同的空化结构。

  白立新等人聚焦薄液层中的杆状空化结构,首次发现并深入分析了这种独特的空化结构。

  杆状空化结构形成机理示意图(图/白立新)

  研究表明,空化结构会随着薄液层厚度的变化而改变,而杆状结构是云区和水区边界的稳定特征元素。杆状结构倾向于彼此交联形成稳定的三叉结构,这种三叉结构的角度服从高斯分布(μ = 119.93)。

  A:杆状空化结构交汇于一点,变成两个Y型结构

  B:杆状空化结构的变化过程与肥皂泡类似(图/白立新)

  此外,研究人员还分析了具有源点的特殊杆状空化结构的形成过程、弯曲杆状结构的曲率变化。

  该研究得到了国家自然科学基金委、科技部973项目的支持。

  关键词:超声空化;杆状空化结构;超声化学

  参考文献:

  BAI Lixin, WU Pengfei, LIU Huiyu, YAN Jiuchun, SU Chang, LI Chao. Rod-Shaped Cavitation Bubble Structure in Ultrasonic Field. Ultrasonics Sonochemistry (Volume 44, June 2018, Pages 184-195). DOI: 10.1016/j.ultsonch.2018.02.030

  论文链接:

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350417718302475

 
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