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第 37 卷 第 5 期 徐德龙等： 声空化工程初步 827

是加大换能器的声功率，但功率增大，空化只产生在 单纯加大声功率所能保证的。
换能器壁附近，而不在液体的广大体积里。如随着 在理论方面，Moholkar 等 [5] 通过计算双频声
变幅杆声强的增大，气泡主要形成在变幅杆顶端的 源作用下的气泡的行为，得出了一些很有意义的结
附近，最后形成所谓的 “空化屏蔽”。这时增加的声 果。在他们的模型中，通过调整两个声源的参数在
能不能有效地输入液体中并在液体的广大范围内 理论上实现了气泡主要产生在远离声源换能器的
产生空化。因此，单纯地加大功率，简单地“放大”现 液体中。
有的声处理装置及其声功率未必能得到所期望的 在实验方面，徐德龙 [6] 对双源声反应器内液体
结果。另外，很大声功率的输入以及很大功率的电 中大规模产生的声空化气泡的多少、空间分布、气
声换能设备成本高、运转费多、维护难；风险大、不利 泡的行为，双声源的分布和频率组合对空化效果影
于节能，在现有的换能器技术条件下很难得到大规 响等基础问题的研究，取得了初步的效果，见图2。
模的实用。

4 cm

32 cm T1 a a b b c c T 2T2
T 1

4 cm

59 cm
(a) Hartmannב
(a) ࠄᰎᜉᎶᇨਓڏ
0.010
0.25 -6
0.008 18 kHzӭܦູծАएϙ 18 kHzӭܦູԍҧϙ
18 kHzԥܦູծАएϙ 18 kHzԥܦູԍҧϙ
-5
0.006 0.20
ࣨए 0.004 0.15 -4
ծАए/A -3 త࠵ԍҧϙ/10 5 Pa
0.002 0.10
0.000 -2
0 10 20 30 40 0.05
-1
ᮠဋ/kHz
(b) ᮠ៨ 0.00 0
2 3 4 5 6
图 1 Hartmann 哨及其频谱 ᡰሏT1ቫ᭧ᡰሏ/cm
(b) ܦቇӑ͖ӑ଍҄ᄊᇃ᧖ஊขˁඵզ٨ข฾᧚ፇ౧ࠫඋ
Fig. 1 The Hartmann oscillator and its frequency
spectrum 图 2 声空化空间分布的优化控制装置和实验结果
Fig. 2 The optimization control of spatial distri-
3 声空化空间分布的优化控制 bution of acoustic cavitation

近年来，人们一直在努力寻求大规模液体内的 在图 2(a) 中，试管 a、b、c 放在两个换能器的轴
声处理方法，即“声空化工程”。在声空化工程中，需 线上，碘化钾试管中心之间相距2 cm，试管a、c中心
要识别和控制工作液体中所产生空化气泡的一些 分别距换能器 T1、T2距离相等，为2 cm。声场作用
比较宏观的参量和一些气泡比较宏观的行为：如大 时间为15 min。在实验过程中，为了对比，同时将水
反应器中的声空化产生、传播、分布、品种转换等声 听器分别放入试管 a、b、c 中测得声压最小值。声源
空化场的控制问题。现在人们逐渐了解到，声空化 输入的总电功率均为 50 W。双声源声源工作时两
是声处理和声化学的作用基础，要提高声处理和声 个声源的相位是相同的。从图 2(b) 可知，碘释放法
化学的功能和效率，需要提供有效的空化场，例如至 的测量结果与水听器法在趋势上具有一致性、单个
少要在大范围空间提供声空化的存在，而这并不是 换能器工作时，在 T1 换能器的附近碘的释放量多