超声波清洗器的工作原理

实验与分析 0 2021-04-19

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超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡)在声波的作用下振动，当声压达到定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。

超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡)在声波的作用下振动，当声压达到定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。空化作用般包括3个阶段：空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。当盛满液体的容器当通入超声波后，由于液体振动而产生数以万计的微小气泡，即空化泡。这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区生长，而在正压区迅速闭合，从而在交替正负压强下受到压缩和拉伸。在气泡被压缩直至崩溃的瞬间，会产生巨大的瞬时压力，般可达几十兆帕至上百兆帕。Suslick等人测得：空化可使气相反应区的温度达到5 200 K左右，液相反应区的有效温度达到1 900 K左右，局部压力在5.O5×10 kPa，温度变化率达10。K/s，并伴有强烈的冲击波和时速达400 km 的微射流。这种巨大的瞬时压力，可以使悬浮在液体中的固体表面受到急剧的破坏。通常将超声波空化分为稳态空化和瞬间空化2种类型：稳态空化是指在声强较低(般小于10 w/cm )时产生的空化泡，其大小在其平衡尺寸附近振荡，生成周期达数个循环。当扩大到使其自身共振频率与声波频率相等时，发生声场与气泡的大能量耦合，产生明显的空化作用。瞬态空化则是指在较大的声强(般大于1O w/cm )作用下产生的生存周期较短的空化泡(大都发生在1个声波周期内)。

超声波清洗工作是由位于清洗工件表面或附近的空化气泡来完成的，超声空化作用主要表现如下几个方面：

(1) 存在于液体中的微气泡在声场的作用下振动，当声压达到定值时，气泡将迅速变大，然后迅速闭合，在气泡闭合时产生冲击波能在其周围产生上千个大气压的压力，破坏不溶性污物而使它们分散在清洗液中。

(2) 蒸汽型空化对污物层的直接反复冲击，方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另方面也会引起污物层的疲劳破坏而与清洗件表面脱离。

(3) 气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污物旦有缝可钻，气泡就可以“钻入”裂缝中作振动，使污层脱落。

(4) 对于有油污包裹住的固体粒子，由于超声空化的作用，两种液体在界面迅速分离而乳化，固体粒子即行脱落。

(5) 超声空化在固体和液体界面上所产生的速微射流能够除去或削落边界污层，增加搅拌作用，加快可溶性污物的溶解，强化化学清洗的清洗作用。

超声波清洗的特点：

(1) 超声波清洗的特点是速度快、质量、易于实现自动化，它特别用于表面形状复杂的工件。如对精密工件上的空穴、狭缝、凹槽、微孔、暗洞等处，通常的洗刷方法难以见效，使用超声清洗却可以达到良好的效果。

(2) 超声波清洗的另个特点是对质地较硬、声反射强的材料清洗效果较好(如金属、玻璃、陶瓷、塑料)。

(3) 清洗效果好，清洁度且全部工件清洁度致。

(4) 清洗速度快，提生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠。

(5)对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净。

(6)对工件表面无损伤，节省溶剂、热能、工作场地和人工等。

超声波的广泛的运用于各个域就是应用了其空化作用以及其空化伴随着机械效应、热效应、化学效应、生物效应等等，机械效应和化学效应的应用，前者主要表现在非均相反应界面的增大;后者主要是由于空化过程中产生的温压使得分子分解、化学键断裂和产生自由基等。利用机械效应的过程包括吸附、结晶、电化学、非均相化学反应、过滤以及超声清洗等，利用化学效应的过程主要包括有机物降解、分子化学反应以及其他自由基反应。

内容来源：实验与分析

责任编辑：展源

审　　核：何发

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超声波清洗机在各行业的应用及清洗优点分析

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