超声清洗是利用超声空化效应

新进展

2002年9月渭南师范学院学报Sept.2002　　　　　　　　　　第17卷第5期　　　　　　　　　　JournalofWeinanTeachersCollegeVol.17　No.5

超声清洗及其空化理论的新进展

孟振庭

(渭南师范学院物理系,陕西渭南)

摘　要:,趋势,一是朝高频方向发展,,,进一步涉及到生物作用、化学作用、光学作用和治癌、做手术等领域.

关键词:超声;超声清洗;中图分类号文章编号:1009—5128(2002)05—0020—02

NewofUltrasonicCleaningandItsCavitationTheory

MENGZhen2ting

(DepartmentofPhysics,WeinanTeachersCollege,714000Weinan,China)

Abstract:Ultrasoniccleaninganditscavitationtheoryisapermanentandever2developingtopicofresearch.Inoveronedecade,thetwotrendsofdevelopmentin

theequipmentultrasoniccleaningaretowardshighf

新进展

2002年9月渭南师范学院学报Sept.2002　　　　　　　　　　第17卷第5期　　　　　　　　　　JournalofWeinanTeachersCollegeVol.17　No.5

超声清洗及其空化理论的新进展

孟振庭

(渭南师范学院物理系,陕西渭南)

摘　要:,趋势,一是朝高频方向发展,,,进一步涉及到生物作用、化学作用、光学作用和治癌、做手术等领域.

关键词:超声;超声清洗;中图分类号文章编号:1009—5128(2002)05—0020—02

NewofUltrasonicCleaningandItsCavitationTheory

MENGZhen2ting

(DepartmentofPhysics,WeinanTeachersCollege,714000Weinan,China)

Abstract:Ultrasoniccleaninganditscavitationtheoryisapermanentandever2developingtopicofresearch.Inoveronedecade,thetwotrendsofdevelopmentin

theequipmentultrasoniccleaningaretowardshighf

２２４

超声空化的生物学效应机制及其应用

王雁

邹建中

超声波与生物组织的相瓦作用主要有机械效应、热效应、空化效应三个方面。其中。空化效应在声强较高时才出现，且最极端、最复杂、最不可控。目前学术界对超声空化还没有完全了解，但已熟悉ｒ其相当一部分特性并加以应用。

超声空化的物理机制

一、空化的发生

空化是液体中由于某种压力（如声压）形成局部气体或蒸

汽空穴及其成长与破灭的过程‘…。

实际液体中。总存在由许多微小气泡构成的“薄弱环节”。当超声交变声压幅值足够大时，负压造成的张力使介质在这些薄弱处被拉开形成足够大的空腔，并使其内迅速充满气体或蒸汽，形成声致空化核。随后，超声会驱动这些空化核振动，这整

个过程就是超声空化‘“１。

因为软组织内很少存在空化核，且软组织是结构复杂的黏

弹性材料而非纯净液体，所以如果没有合适的空化核，软组织内

发生空化的阈值声压是非常大的。

二、空化分类

根据气泡的不同动力学行为可将空化分为稳态空化和瞬态

空化，见图１。

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圈１稳态空化（上）与惯性空化（Ｆ）

如果超声声强较弱，空化核在声压的负压阶段被拉大；在随后的正压阶段又被压缩变小，即气泡随声波的频率做平衡半径的辐射状体积振

超声波清洗的原理

由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械震动而传播到介质--清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1000个大气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化的目的。相比其它多种的清洗方式，超声波清洗机显示出了巨大的优越性。尤其在专业化，集团化的生产企业中，已逐渐用超声波清洗机取代了传统浸洗、刷洗、压力冲洗、气相清洗和蒸气冲洗等工艺方法。超声波清洗机的高效率和高清洁度，得益于其声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击波。所以很容易将带有复杂外形、内腔和细空的零部件清洗干净，对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍到几十倍，清洁度也能达到高标准。这在许多对产品表面质量和生产率要求较高的场合，用其它处理方法难以达到目的，更突出地显示了超声清洗、超声处理的优越性和其不可取代的地位。

超声波清洗的作用机理主要有以

超声波的频率就是声源振动的频率。所谓振动频率，就是每秒来回往复运动的次数，单位是赫兹，简称赫。波是振动的传播，即把振动按原有的频率传递出去。所以波的频率就是声源振动的频率。波可以分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为20Hz以下；声波的频率为20Hz~20kHz；超声波的频率则为20kHz以上。其中的次声波和超声波一般人耳是听不到的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能

◆超声波常识：

超声波的频率就是声源振动的频率。所谓振动频率，就是每秒来回往复运动的次数，单位是赫兹，简称赫。波是振动的传播，即把振动按原有的频率传递出去。所以波的频率就是声源振动的频率。波可以分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为20Hz以下；声波的频率为20Hz~20kHz；超声波的频率则为20kHz以上。其中的次声波和超声波一般人耳是听不到的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强，这也就是为什么设计制作超声波清洗机的原因。

◆基本原理：

超声波清洗机之所以能够起到清洗污垢的作用，其过程是由下列引起的：空化、声流、声的辐射压力和声学毛细效应。

在清洗过程中，不洁物的表面会产生表面污垢膜的破坏、剥落、分离以及乳化、溶解等现象。不

5

超声空化的研究历程及展望# 龙正，刘秀梅** （中国矿业大学机电工程学院，徐州 221000）

摘要：超声空化是工业设备中广泛存在的一种流体力学现象。随着超声技术应用广泛而迅速的发展，整整 一个世纪来，超声空化成了经久不衰的研究课题，特别近十年来，超声空化成了多种学科的基础研究热 点。在超声空化研究方面，国内外已有大量的实验、理论及数值计算的相关研究。综述了超声空化研究中 理论、数值分析、实验三方面的研究现状及研究进展，总结了空化研究中存在的问题，提出了今后超声空 化的发展方向。

关键词：超声空化；空泡；高速摄影；动力学特性

10

中图分类号：O427.4

15

The research process and prospect of ultrasonic cavitation

LONG Zheng, LIU Xiumei

20

25

(Mechanical and electrical Engineering School ,China Univisity of Mining and Technology

221000)

Abstract: Ultrasonic cavitation is a widespread phenomenon

北京航空航天大学

北京航空航天大学

物理研究性实验报告

实验项目名称：

对多普勒效应测量超声声速实验的扩展

多普勒效应测量超声声速

摘 要：本实验通过学习多普勒效益的相关原理，利用BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪测量

超声声速，结合光电门测速的方法验证多普勒超声测速仪测量小车速度的精准程度。在本次试验报告中，将探讨多普勒勒效应试验数据的误差分析；将对试验仪器进行改进；利用多普勒超声测速仪进行更多实验的操作。

1

北京航空航天大学

一、实验重点：

(1)通过该实验进一步了解多普勒效应原理及其应用； (2)熟悉BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪的使用； (3)熟悉数字示波器的使用。

二、仪器相关原理简介与相应计算：

在无色散情况下，波在介质中的传播速度是恒定的，不会因波源运动而改变，也不会因观察者运动而改变。但当波源（或观察者）相对介质运动时，观察者所接收到的频率却可以改变。当我们站在铁路旁，有火车高速经过时，汽笛声会由高亢变得低沉，就是这个缘故。如果观

北京航空航天大学

北京航空航天大学

物理研究性实验报告

实验项目名称：

对多普勒效应测量超声声速实验的扩展

多普勒效应测量超声声速

摘 要：本实验通过学习多普勒效益的相关原理，利用BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪测量

超声声速，结合光电门测速的方法验证多普勒超声测速仪测量小车速度的精准程度。在本次试验报告中，将探讨多普勒勒效应试验数据的误差分析；将对试验仪器进行改进；利用多普勒超声测速仪进行更多实验的操作。

1

北京航空航天大学

一、实验重点：

(1)通过该实验进一步了解多普勒效应原理及其应用； (2)熟悉BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪的使用； (3)熟悉数字示波器的使用。

二、仪器相关原理简介与相应计算：

在无色散情况下，波在介质中的传播速度是恒定的，不会因波源运动而改变，也不会因观察者运动而改变。但当波源（或观察者）相对介质运动时，观察者所接收到的频率却可以改变。当我们站在铁路旁，有火车高速经过时，汽笛声会由高亢变得低沉，就是这个缘故。如果观

光学镜片的超声波清洗

洲

光学镜片的超声波清洗

憨蘸馨巨大作用力在洗涤介质的配合下

呱件

瘫汾

的水基清洗剂

。

其清洗原理简单地具有极

促使物质发生一系列物理

、

化学变的高

说是由于表面活性剂的分子结构中同时含有亲油基和亲水基

化以达到清洗目的的方法当高于音波一

。

日

性和结构不对称的特点

‘

正是这种

频振动传给清洗介质后泡,

液体介质、、

在高频振动下产生近乎真空的空腔空腔泡在相互间的碰撞,

特点使得它能极大降低水溶液的表面张力使物体表面易于润湿表面污物易于被溶解、

合并

分散在清洗液中

消亡的过程中

可使液体局部瞬间如此大的’‘

而达到洗涤的目的

产生几千大气压的压强、

超声波清洗就是在液体清洗介质中利用超声场产生的巨大能量

一的氧与金属离子形成的离子键。

在

洗涤时

由于超声场和化学洗剂的,

共同作用

某些硅氧键含量少或者

外围键能特别小的材质易于在清洗

过程中发生变化而导致洗涤效果不

良所以选择性能温和的洗剂合、

。

、

适的洗剂浓度温度超声功率洗

、

、

涤时间对保证镜片的清洗质量十分重要。

压强使得周围的物质发生一系列物理化学变化这种作用称为空化。

利用流水将洗涤后镜片表面的

通过物理

、

化学的综合作用而达到。

洗剂和污物溶解漂洗。

、

排除的过程称为,

作用

”

洗净目的的一种洗净手段,

影响漂洗效果的因素有以下‘、

上空化作用可

激光扩散片超声波清洗机

扩散片是激光投影中最重要的光学器件，能够实现匀场消相干功能，用在激光投影中一般是石英或者玻璃材质，要求的发散角度较小，透过率较高。

而不管是石英或者玻璃材质，在生活和生产中，污染是无处不在的，清除污染也就成了非常重要的事情。一般来说，清洗就是通过溶解、化学反应或施加机械力等手段来清除物体表面上的污物，使用的方法则有：水冲洗、高压喷射清洗、等离子体清洗、离子清洗、超声波清洗等。

其中“超声波清洗”则是此篇文章需概述的。首先从他的清洗原理开始：

超声波高强的洗净作用，是以超过人类听觉声频以上的波动在液体中传导。当声波在洗剂中传播时，由于声波是一种传播，纵波推动介质的作用会使液体中压力变化而产生无数微小真空泡，称之为“空穴效应”。

当气泡受气压爆破时，会产生强大的冲击能，可将固着在物件死角内的污垢打散，并增强洗净的洗净效果，由于超声波偏离高波长短，穿透力强，因此对有隐蔽细缝或复杂结构的清洗物，可以达到惊人的洗净效果。

对于，扩散片属于玻璃材质，我们可运用光学超声波清洗设备来清洗。 深圳威固特超声波清洗机的产品特点及技术参数给您广泛参考： 技术特点：

1、采用碱性、中性水基清洗剂、DI水、IPA水等清洗液来清洗、漂洗、干燥；