液体内的声传播相对于固体和气体内的声传播而言有其独特的特点就是当声波强度足够大时在液体内会出现空化效应,空化效应为功率超声的许多应用奠定了基础,从而空化现象的理论和实验研究也成为人们关注的焦点。空化现象的产生受多种因素影响,而且产生空化效应后的声传播出现复杂的非线性现象,这为空化效应理论研究带来许多不确定因素,从而使空化效应的理论研究进展缓慢,对空化效应的研究主要存在于实验和应用研究。超声空化效应的应用很多,如超声清洗、超声处理、声化学反应、环保、超声医学和超声治疗等,近年来超声医学和超声治疗应用过程中出现的超声剂量问题更是人们关注的热点,这迫切的需要人们从理论和实验上对空化现象进行更加深入地研究。还有超声空化的理论研究在未来还可能引起核反应界的一场新的革命,因为在2002年,美国OakRidge国立实验室Taleyarkhan等人在他们的研究论文中宣称在空化场中发现了核聚变效应,这为核反应提供了一种新的产生核反应的聚变方式。 本文从理论和实验两个方面对超声空化现象进行了研究,主要做了以下工作: (1) 从液体的传声特性出发,在考虑液体粘滞特性对声传播的影响的情况下,对液体和气泡组成的混合体内的声传播进行了研究,在混合体内声传播的三个基本方程的基础上,得出了混合体内的与气泡所占混合体体积比相关的声波动方程,并在此基础上对液体看成可压缩和不可压缩两种不同情况下混合体内的声速和声衰减进行了理论研究,得到了理论上混合体内的声速和声衰减随气泡所占混合体体积比及声波频率的变化规律,并对两种不同情况下混合体内的声速和声衰减变化规律进行了对比,发现有相同的变化趋势。 (2) 超声空化效应影响液体的传声特性,液体传声特性的改变意味着超声换能器负载的变化。从超声换能器的等效电路出发,在混合体内的声传播研究的基础上对空化效应产生前后超声换能器不同功率作用时的阻抗变化进行了实验研究,发现空化泡的出现影响换能器的阻抗变化,这从实验的角度证明了空化泡的出现使液体的特性发生了变化,同时也影响了换能器的工作状态。 (3) 对换能器不同功率作用时溶液的电导率进行了实验研究,得到弱电解质的电导率随超声换能器功率的变化规律,发现了液体内空化效应的出现将导致液体的电导率减小,而空化达到一定强度即液体内出现声自由基和带电粒子时液体电导率又会出现小幅回升现象,本文对此现象从空化效应产生后液体发生的结