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第 37 卷 第 5 期 白立新等： 液体薄层中的超声空化 617

(a) f=18.5 kHz, d=50 mm

(b) f=30 kHz, d=38 mm

(c) f=40 kHz, d=30 mm

图 2 空化结构随液体薄层厚度 (h) 的变化
Fig. 2 Cavitation structures as a function of liquid layer thickness (h)

2.2 Disc-shaped structure(h=0.36∼0.82 mm) 充满间隙，一部分空化云贴附在辐射面上，一部分空
继续增大间距，点状空化云变厚，相互勾连，形 化云贴附在反射面上。
成云包水结构，但是形成的圆形孔洞(1 ∼ 3 mm)并 这里需要指出，空化结构的出现与换能器表面
不稳定，空化云在迅速的演化过程中，继续增大间 的不平整度的分布无关，换句话说，换能器表面的不
距，形成稳定的孔洞和大面积的均布空化云。 平整度并不是空化结构出现的直接原因 (如图 3 所

2.3 Rod-shaped structure(h=1.23∼3.24 mm) 示)。
继续增大间距，孔洞的直径变大，直至孔洞相 乳化是指一种液体 (离散相) 分散到另一种液
互接触，孔洞接触并不会造成空洞的合并，而是会 体 (连续相) 中的物理现象。在强超声作用下，液体
在空洞之间形成杆状结构，随着大面积均布空化云 薄层中的空化云也存在类似的乳化现象。在本文
的消失，空化云变成由这种杆状结构构成的空化结 的实验条件下，当厚层厚度为 0.3 mm∼ 0.82 mm
构，细杆之间彼此交联，并不断演化，通常会形成三 (20 kHz)、0.3 mm∼ 1 mm (30 kHz)、1 mm∼ 2 mm
岔结构。 (40 kHz) 时，其刚开机的空化云初生过程都会出现

2.4 Smoker structure (h > 4.54 mm) 瞬态的乳化转相现象 (如图 4 所示)。薄层间距的变
随着厚度继续增大，细杆交联变得越来越稀疏， 化也会引起静态的乳化转相 (如图 5 所示)。瞬态的
直至消失，间隙内只存在 Smoker，此时我们认为空 乳化转相行为与空化云的发展和空泡数的增加有
化不再是薄层空化。实际上，此时空化云已经不能 关，静态的乳化转相也有类似的规律。图6为空化云