PDF《超声清洗过程环境压力对声空化效应的影响∗》

第34 卷第5期Vol.

34, No.5

2015 年9月Journal of Applied Acoustics September,

2015 ? 研究报告 ? 超声清洗过程环境压力对声空化效应的影响? 吴强姚澄朱昌平? 韩庆邦 (河海大学常州市传感网与环境感知重点实验室并江苏省输配电装备技术重点实验室 常州 213022) 摘要 在不同深度条件下的水下构建物超声清洗中, 声空化是重要的源动力之一.为探明水下环境压力对声 空化的影响, 本文基于数值计算的方法, 通过对超声波作用下气泡动力学的研究, 讨论了环境压力对空化泡溃 灭时的气泡最大半径、 释放能量以及溃灭功率等因素的影响.结果表明: 空化泡最大半径与环境压力在一定范 围内呈近似线性关系;

随着环境压力增大, 空化泡释放能量和溃灭功率均显著减小, 且两者在变化趋势和变化 幅度上几乎一致;

当环境压力大于声压幅值时, 空化泡的最大半径、 内部压强、 内部温度与释放能量均远低于 空化发生在环境压力小于声压幅值时的情形. 关键词 超声清洗, 环境压力, 最大半径, 释放能量, 溃灭功率 中图分类号: TB559, O426.4 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2015)05-0391-07 DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2015.05.003 The in?uence of ambient pressure on acoustic cavitation during the process of ultrasonic cleaning WU Qiang YAO Cheng ZHU Changping HAN Qingbang (Changzhou Key Laboratory of Sensor Networks and Environmental Sensing, Jiangsu Key Laboratory of Power Transmission and Distribution Equipment Technology, Hohai University, Changzhou 213022, China) Abstract Ultrasonic cavitation is one of the most important sources in the application of ultrasonic cleaning for submerged structure in di?erent depths. In order to investigate the in?uence of ambient pressure on ultrasonic cavitation, a numerical approach was used to study the bubble dynamics under ultrasonic operation. In this paper, the e?ect of ambient pressure on the maximum radius, released energy and collapsing power of cavitation bubbles was investigated. The results indicate that the relationship between the bubble'

s maximum radius and ambient pressure is approximately linear to some extent. The bubble'

s released energy and collapsing power are both signi?cantly reduced with the increasing ambient pressure and have the same change trend in the variation of amplitude. When ambient pressure is greater than acoustic amplitude, the bubble'

s maximum radius, internal pressure, internal temperature and released energy are far below their values in the situation where ambient pressure is lower than acoustic amplitude. Key words Ultrasonic cleaning, Ambient pressure, Maximum radius, Released energy, Collapsing power 2014-12-24 收稿;

2015-01-30 定稿 ?国家自然科学基金项目 (11274092, 11274091, 11304026) 作者简介: 吴强 (1991- ), 男, 江苏常州人, 硕士研究生, 研究方向: 声学与通信技术. ? 通讯作者 E-mail: [email protected]

392 2015 年9月1引言 超声空化是强超声在液体媒质中引起的一种 特有的物理现象, 它往往伴随有高温、 高压、 冲击 波、 微射流、 发光甚至放电等极端现象和效应的产 生[1?2] .这些特殊效应使得超声波在物体清洗方面 有着突出表现.现有的对小型器件的超声清洗技术 已得到广泛应用, 但利用功率超声在深水域实现对 大型构建物清洗 (如大坝、 水闸的探伤性清洗) 尚不 多见, 其难度主要在于深水环境下发生空化的条件 更为严苛, 空化机理更加复杂, 实现难度也更大.因此, 探究水下环境尤其是变化压力环境下空化泡的 动力学行为对声空化效应的影响很有必要. 在不同深度的水环境下,影响超声空化强度 的主要因素是环境压力 (或环境压强, 大于