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意到了流体动力空化在空化工程应用方面的潜力
1 引言
并建议加深这方面的研究。随后几年，在应先生的
空化是液体介质中特有的一种物理现象，通常 指导下，徐德龙 [18] 、李超等 [19] 在这些方面开展了
指当液体的压强下降到足够低时液体中空泡的生 一些初步探索。
成及其后续的动力学行为 [1] 。按照产生方式，空化 相比于声空化，水力空化的化学效应研究起步
可分为声空化、水力空化、光空化、粒子空化等 [2−3] 。 较晚。这可能是因为长期以来，水力空化都是以反
其中，声空化多由功率超声换能器在液体中激发产 面角色出现 (比如对船舶螺旋桨、水泵叶片、泄洪大
生，故一般情况下，声空化特指的是超声空化。当 坝水道的空蚀破坏，水下航行器螺旋桨产生的空化
液体流经限流体，譬如孔板、文丘里管，会导致压力 噪声)，人们研究的重点是如何防治它。随着声空
下降，以至于达到液体的空化阈值而发生空化。这 化诸多应用的发展，人们自然也开始探索水力空化
种因流动引起的空化被称为流体动力空化或水力 相应的应用。1993 年，Pandit等 [20] 研究了水、蓖麻
空化。由于空化泡在急剧溃灭过程中产生的高温高 油及红花油的水力空化水解过程，结果表明水力空
压 [4] 、光辐射 [5] 、冲击波 [6] 、微射流 [7] 等极端物理条 化对这两种有机物都能有效降解。随后国内外越
件及衍生的多种效应使其在很多领域有着广泛应 来越多的人对水力空化降解有机物的作用进行了
用 [8] 。 研究 [21−24] ，并将水力空化和声空化在降解水中有
在诸多应用中，利用超声波引发和促进化学 机物时的表现进行了对比，发现水力空化具有处理
反应很早就受到人们关注。早在 1927 年，Richards 规模大、工艺简单等优点，但强度相对于声空化较
等 [9] 就做了关于超声波化学效应的调查报告，这 低 [25−26] 。
使人们意识到，超声波可以在促进化学反应过程 为进一步扩大空化规模，提高空化强度进而
中发挥作用，随后陆续出现一些超声化学效应的研 提高声化学反应产率，人们尝试将声空化或者水
究。1953 年，Weissler [10] 在一篇综述中第一次提到 力空化与其他技术结合 [27−30] 。其中一种是将声
了Sonochemistry (声化学)这个专用名词。1986年， 空化和水力空化联合 [31−33] ，但这两种空化仅仅是
在Lorimer等 [11] 的倡导下，第一届国际声化学学术 简单的串联，水力空化场和声空化场并不重合，即
研讨会在英国召开，不少化学家加入到声化学研 两种空化并未耦合。我们将声空化与水力空化在
究当中，标志着Sonochemistry 成为物理 -化学交叉 特定时空相互耦合产生的空化称为 “ 声 -流耦合空
的学科领域。1994 年，国际期刊 Ultrasonics Sono- 化”(Hydrodynamic-acoustic cavitation, HAC)，在
chemistry 创刊，专门接收声化学反应及其主动力 这个名称中 “ 声” 代表的是声空化，“流” 代表的是
——声空化方面的文章。1996 年，冯若等 [12−13] 在 水力空化 (也叫流体动力空化)。从更广义的角度而
第五届欧洲声化学学术会议上做了 Sonochemistry 言，“声” 代表的是波动，“流” 代表的是流动。虽然
in China 的特邀报告，我国声化学研究开始走向 贾志富 [34] 在2007年中国声学学会功率超声分会上
世界。 曾提出将超声波引入到水力空化场内，使得水力空
近些年，国内外关于声化学方面的研究越来越 化和声空化各自发挥优势的想法，但是首次将声空
多，大量的研究表明，声化学具有巨大的潜在应用价 化和水力空化耦合的想法作为一个科学问题进行
值 [14] 。然而在声化学反应器工业放大方面取得的 研究的是英国科学家Amin等 [35] ，他们于2010年进
进展却非常有限，面临诸多瓶颈问题，诸如空化范围 行了声 -流耦合空化声化学实验并测量了空化产生
小、空化强度低、经济性较差等 [15−16] 。2008 年，应 的羟基自由基 (·OH)，对单一空化和耦合空化进行
崇福院士 [17] 对液体内大规模声处理中空化研究提 了对比，发现耦合空化的羟基自由基 (·OH) 产率提
出几点思考并指出要使声空化从实验室研究真正 高了15%。随后德国的 Franke等 [36] 和Braeutigam
走向工程应用，一方面要设法实现高强度、大范围 等 [37−38] 利用声 -流耦合空化进行了一系列的有机
的空化场即空化的工业 “放大”；另一方面要明确认 物降解的实验研究，并对耦合空化和单一空化进行
识空化的“作用才能”或“强度”的概念，其中一个关 了对比，发现耦合空化具有协同效应，即耦合空化降
键的问题就是怎么定义 “强度”。此外，应先生还注 解效果比这两种空化单独作用相加的效果好。2018
