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溃消失，并且直径最大可达几厘米。相同的是，瞬态
1 引言
单气泡也有一个长大、收缩、崩溃的过程，并在崩溃
空化 (Cavitation) 指的是在液体或固体中气泡 时发光。2000 年以来，中科院声学所重新开展刹管
法瞬态单一气泡的研究工作，并取得一些新颖的结
的形成和活动现象，这些气泡常称为空腔(Cavity)。
果。与稳态单气泡相比，瞬态单气泡在实验过的十
1917年瑞利发表了题为 “液体中球形空腔崩溃时产
生的压力” 的理论论文，首次建立了描述不可压缩 几种不同液体中，均能产生 “声致发光”，因此可能
液体中气泡动力学的理论模型，阐述了高速水流中 更接近实际应用中多泡的状态。
气泡剧烈闭合时会在水中产生极高的压强。
2 声空化工程
1934年，科伦大学的Frenzel和Schultes做了超
声波加速了卤化银的分解的实验。1937 年，他们 一般说来，声空化是声空化工程的机理。尽管
第一次将这种现象命名为 “声致发光”(Sonolumi- 对于声致发光等机理问题尚未解决，但并没有影响
nescene)。现在这个词已经不仅仅表示声场引起的 声空化应用研究的开展。按作用介质的不同可分为
发光现象，而用来泛指所有的空化发光现象。1990 固体中、液体中、气体中和生物体中的声能应用。其
年，Gaitan等 [1] 在实验室里产生了悬浮在驻波声场 中，在液体中的声能利用按照声源产生方式分为流
中连续脉动的单一空化气泡，为声空化的研究开拓 体动力式和压电换能器式。流体动力式是以流体作
了宽阔的道路。在声场作用下，这个气泡能像时钟 动力源，常见的有各种哨、旋笛、孔板等，图1 给出了
一样精确地在每个崩溃时刻发出能被人看见的光， Hartmann 哨的例子。压电换能器式是建立在晶体
由于气泡能在液体中停留一段时间，因此也称之为 的压电效应的基础上的，常见的装置有超声变幅杆、
稳态单气泡声致发光。由于气泡太小而无法进行直 清洗槽等。
接的测量，因此稳态单气泡的声致发光就成为研究 声能在液体中的应用，在实验室里，在相当广

气泡内部状态的一个重要途径。Putterman 领导的 泛的领域表现不凡，以至于兴盛一个独立的学科分
实验组在这方面做了一系列非常出色的实验工作， 支，称为声化学。声化学在声能利用方面占据很重
为理论工作的开展提供了大量的实验依据。Young 要的位置，迄今为止，已被应用到相当多的领域，例
及其合作者设法把稳态单气泡声致发光变弱，然后 如食品、纳米材料合成、制药、化学等。但直至今天，
连续几天测量光谱，发现极弱的单泡声致发光的连 液体中的声处理在实际生活中没有受到应有的重
续光谱也包含 OH 线谱，这一点和多泡声致发光一 视。为此，应崇福院士 [2] 在2005年提出在这方面应
样。2005 年，Suslick 及其合作者首次在浓硫酸中测 尽快大力开展实用化工作，分析了其中的原因，指出
到多种离子的线谱，同时也获得了迄今为止最强的 导致这一现象的原因部分是因为没有在大范围产
发光。这是首次在实验中测量到线谱，而且发现了 生声空化。在2006年和 2008年，应崇福院士明确提
声致发光中等离子核的存在。根据声致发光实验测 出“声空化工程” 的概念，将声空化工程与声空化物
量的光谱，Suslick 等推断出空化泡发光时内部温度 理的研究范畴进行了区分，指出了声空化工程其中
不低于 5000 K，大气压不低于几十兆帕。虽然对于 的几个关键问题，建议加大力度开展声空化工程研
单泡声致发光的机制尚无明确的定论，但是已经明 究，而其中扩大声空化试验规模的重点是声空化的
确的是空化泡内的温度压力已经足以促进化学反 优化，即 “要识别和控制工作液体中所产生空化气
应发生。在声化学实验效果不断扩大的十几年里， 泡的一些比较宏观的参量和一些气泡比较宏观的
声化学的作用机理一般认为是空化的“热点说”。 行为，例如气泡的品种、数量、大小分布、空间分布、
早在1964年，中科院声学所的研究人员在实验 时间分布 (就是它们的运动、传输)，以及品种转换、
中产生了瞬态单气泡。所谓瞬态，指的是气泡在液 结成簇团、逸散消灭等情况” [3−4] 。
体中只存在一个周期，并且在这一过程中半径增大 在国际上，Mason 等对声化学在工业方面的潜
到初始半径的至少两倍(通常是很多倍)以上。与稳 能和实用性进行了初步探讨，认为声化学在工业上
态单气泡能重复亿万次脉冲不同的是，瞬态气泡在 应用的前提是能够有效地扩大实验室中声化学反
液体中存在一个周期加上几次小半径反弹之后崩 应器的规模。扩大声能利用反应器规模的一般做法