柱形料腔中超声空化效应的空间分布特性研究

研究了20 kHz的圆柱形料腔中超声空化效应的形成及其空间分布特性。应用柱贝塞尔函数,推导获取了柱形声场内超声传播的声能密度的分布,并采用有限元方法进行仿真分析。针对频率为20 kHz的功率超声实验,结合声学测量方法和鲁米诺声致化学发光方法,对理论分析结果进行了验证对照。结果表明:料腔半径R=50 mm,20 kHz谐振液位高度H=90 mm时,若功放电流<40 mA,超声空化效应出现在变幅杆端部区域;若40 mA≤功放电流≤80 mA,空化效应显著增强,空化效应的空间分布与场内声压分布一致,空化效应受声模态影响,形成远场空化效应的分布特性;若功放电流>80 mA,受非线性因素影响,谐振液位时,空化效应在声流作用下呈柱形拖尾状分布,并在底部壁面边界形成平铺状分布;非谐振液位高度等于75 mm时,超声空化效应随功率增加仅在变幅杆端部区域出现,且呈现局域空化分布特性。     

在超声场中微细颗粒增强MMC的研制及有关理论探讨

在讨论了关于改善颗粒被铝液的润湿性、微细颗粒在基体合金中均匀分散的原理的基础上,采用一套特别设计的装置,发展了一种在超声场中制备微细SiC、Si_3N_4和AlN颗粒增强MMC的办法。实验结果表明,高强超声处理大大地改善了铝液对微细颗粒的润湿性,使颗粒得以迅速混入熔体并均匀分散。MMC_p的铸态组织致密而均匀,表明设计的这套装置适于制备微细颗粒增强MMC_p。MMC_p可以像基体合金一样进行热挤压。微细颗粒的强化效果优于大颗粒,裂纹通常产生于大颗粒和金属基体间的界面上。 对高强超声在熔体中的传播及声空化和声流效应对微细颗粒的润湿和分散作用进行了实验观察和理论计算。结果显示,熔体中的声强足够高,导致了强烈的声空化和声流效应。声空化所引发的局部高压和高温分别为10~3～10~5大气压和10~3～10~4K。由于高强超声在熔体中迅速衰减,所以声空化最强作用区在变幅杆的端面。声流的最大速度达2.56m/s,熔体被其强烈搅拌。 运用力学及热力学观点分析了铝液润湿颗粒的机制。得出的结论是,超声对熔体/颗粒界面施加的能量极大地促进了铝液对颗粒的润湿。颗粒混入熔体的全过程包括润湿—弥散—部分脱附—少量团聚四个步骤。声空化引发的高压和高温可以清洗和活化颗粒的表面,使颗粒的表面能增大。而声空化引     

金属熔体在超声场中凝固的研究

本文综述了超声场对金属凝固过程的影响，着重总结了声空化、声流所起的作用，同时介绍了超声在新材料制备中的应用。     

基于非线性超声空化效应的铝合金热浸镀工艺

在390℃热浸镀锌过程中施加20 kHz的超声波,采用数值分析法求解Keller-Miksis和Mettin方程,描述ZnAl8熔池中0～800 W超声空泡的生长规律和空化效应,研究超声功率对镀层ZnAl8合金组织的影响,以及对1050铝合金表面氧化膜的作用.结果表明:空化效应与超声功率呈现出非线性的变化规律,当超声功率为0～500 W时,空化以稳态效应为主,空化能量不足以消除镀层合金初生相的粗大枝晶组织,也不能消除铝合金氧化膜.当功率为600～800 W时,空化以瞬态崩溃破裂的方式释放能量,其中700～800 W的空化压强和温度效应可以将铝合金表面氧化膜击碎和熔蚀,为镀层中元素扩散提供了铺展润湿和物质传输的通道,镀层ZnAl8合金与1050铝合金基体之间形成了良好的冶金结合,镀层合金呈细小均匀的蔷薇组织.     

单频超声和双频复合超声的空化效应实验研究

从超声电功率、超声作用时间和溶液温度来研究超声的空化效应,采用碘化钾溶液中碘的释放量来测定超声的空化产额,研究结果表明：在相同的电功率输入情况下,双频复合超声（25kHz/40kHz）释放碘的量远大于单频25kHz超声和单频40kHz超声释放的碘的量,双频复合超声的空化产额高于单频超声。     

金属熔体在超声场中凝固的研究

本文综述了超声场对金属凝固过程的影响，着重总结了声空化、声流所起的作用，同时介绍了超声在新材料制备中的应用。     

原位反应烧结块的高能超声稀释过程分析

对高能超声稀释原位反应烧结块制备锌铝合金基复合材料过程进行了研究,简要分析了超声稀释机理。研究表明,高能超声快速稀释烧结块是声空化与声流效应协同作用的结果。空化产生的瞬时高温可促进界面区域元素扩散,瞬时高压将裸露在界面上的长棒状的TiAl₃击断,打破了烧结块的网状结构,并将其周围的高致密度的Al₂O₃和TiB₂颗粒聚集区击碎。另一方面,声流引起的强烈搅拌作用减薄了过渡层,并使短棒状的TiAl₃颗粒及Al₂O₃、TiB₂微细颗粒均匀分布在熔体中。在上述分析基础上,建立了元素扩散模型和烧结块在锌铝合金中的稀释过程模型。      

高能超声在颗粒/金属熔体体系中的声学效应

讨论并分析了600℃的SiCp/ZA27熔体中超声的作用机理和有效作用范围.研究结果表明:在实验所用超声处理条件下(20kHz,1kW),ZA27合金熔体中声空化效应引发的熔体局部高压最大可达105MPa,局部高温可达1.77×104K;声流在熔体体系各个部位的作用强度不同,要获得优质的复合材料就必须在工艺上保证熔体的各个部位均能受到超声的有效作用.高能超声之所以能够制备出颗粒均匀分布、界面结合良好的SiCp/ZA27复合材料是高能超声在金属熔体中产生的声空化与声流共同作用的结果.     

超声波对铝合金熔体的有效细化区域

为了探讨凝固组织的超声细化区域范围,在液相线温度至575℃区间内对铝合金熔体施加超声振动,待铸锭冷却至室温,经腐蚀处理后观察其宏观和微观组织.试验结果表明,在工具杆端面位置处靠近铸锭边缘有一明显的作用区域分界线,分界线两端组织呈现截然不同的特征,端面以下组织均得到了有效的细化,而端面以上组织晶粒粗大,呈枝晶状分布.超声在熔体中产生空化和声流效应,理论计算表明,熔体中的有效空化范围为端面下30mm区域内,超声在熔体中产生的声流效应遍及整个熔体可流动区域,通过声流和空化的双重作用,工具杆端面以下的组织均受到超声的作用,并得到细化.     

仿体中超声空化效应的B超图像处理

0引言使用高强度聚焦超声(HIFU)照射组织,将产生声空化现象。在声空化过程中,声场能量于空化气泡内高度集中,当能量积累到一定阈值后,空化气泡瞬间崩溃。在气泡崩溃的瞬间能量会释放出来,形成局部的高温、高压、强冲击波等极端物理现象[1]。这将使周围的组织细胞遭到损伤。因此,对HIFU空化的监控显得尤其重要[2]。本文主要研究不同脉冲宽度的高强度聚焦超声(HIFU)在体外仿体中引起的空化气泡群面积随时间的变化。从而实现对HIFU空化的实时监控。     

刚性壁面附近多空化泡辐射噪声的研究

对空化泡在刚性壁面附近溃灭过程中的辐射声场进行研究,并得出刚性壁面附近单空泡、双空泡的辐射声压分布。研究表明由于刚性壁面的影响使得空化泡的辐射声场表现出一定的指向性。双空泡辐射声压分布还与空泡崩溃时间、空泡之间距离以及空化泡初始半径有关。在考虑到声压相位叠加时,待测点处的辐射声压依赖于空泡的声压幅值[p]和两空泡到观察点的声程差[Δ1=l12sinθ1]和[Δ2=l22sinθ2]。计算过程及结果为刚性壁面附近的空化计算提供依据,并为多泡空化的辐射声场分析提供理论依据,有助于修正空化泡的运动方程。     

超声破穿冰块的方法

本文提出了超声破块的新方法，对冰块样品的实验表明，利用５Ｗ／ｃｍ＾２声强的超声可以达到３００ｍｍ／ｍｉｎ的破穿速度，作者介绍了这种实验方法，并认为：喷射声空化场的空化集中效应是超声破穿冰块的作用机制，最后，预测了这种超声破穿方法在冰处理工程上的应用。     

超声波清洗在替代ODS清洗工艺技术中的独特作用

文章通过分析超声清洗技术的原理、特点及其所具有的环保优势，并将超声清洗技术与其它清洗技术进行对比，阐述了超声波清洗在替代ODS清洗工艺技术中的独特作用；通过分析影响超声清洗效果的主要因素，如超声的声强、频率和声场分布，清洗液的粘滞系数、表面张力和流动性，清洗介质的理化性质与清洗能力等，提出了确定超声空化强度和选择清洗介质的基本原则；介绍了超声清洗方式的分类与选择，以及用超声清洗技术替代ODS清洗技术时应该注意的一些问题，指出大功率超声参量与清洗介质物理化学性能参量之间的相互作用对清洗效果有着重要的影响。     

Principles of Ultrasonic Treatment: Application for Light Alloys Melts

Scientific and practical aspects of ultrasonic treatment of light alloy melts followed with development of acoustic cavitation in liquid metals are discussed. It is shown, that the ultrasonic melt treatment raises the rate of degassing and fine filtration of light alloy melts and very strongly effects ingot structure. Furthermore, an inherited effect of ultrasonic melt treatment on the structure and properties of wrought light alloy semis is shown.     

液体工业规模声处理中空化气泡的测量

工业规模液体内的声处理应用越来越多地得到国内外声学工作者的关注。一般认为,液体内声处理的机理是声空化,因此要扩大声处理的规模,应把研究的重点放在声空化的优化,而不是一味提高声能输入。而对声空化优化的前提则需要找到简单易行、生产上可用的空化测量方法。回顾了声空化检测、测量方法,分析比较后认为:实时谱分析方法更适用于大规模液体声处理的空化测量,需加大力度深入研究。     

相界面上超声空化气泡聚并、滑移促进的传质

根据超声空化泡在相间特殊运动时周围流体流动特性,以相间传质渗透理论为依据,结合流体动力学原理,在充分研究相界面上气泡行为的基础上,根据界面上超声空化气泡生长过程的动力学行为,导出了相界面上超声空化气泡聚并和滑移促进的传质模型。在此基础上,建立了相界面上气泡滑移、聚并及脱离界面逸出这三种气泡行为共同促进的传质模型,该模型可用于描述超声空化界面等相界面上的传质行为,为超声波强化传质过程提供了理论依据。     

超声波对氟金云母剥离细化作用的研究

研究了超声波对云母细化作用效果的影响因素,通过对颗粒浓度、分散介质、超声时间、超声功率以及助磨剂等因素的剥离细化试验。研究结果表明:颗粒浓度为18.7%、超声时间和超声功率分别为60min和300W,添加了极少量的助磨剂时超声波对云母的剥离细化效果最好。云母粉的比表面积从3.59m2/g增至7.69m2/g,d50从16.73μm降至11.28μm。在云母剥离细化过程中,超声波的空化作用起主导作用。     

The sonically induced cavitation of liquid helium

The onset of sonically induced cavitation in liquid helium at frequencies between 30 and 40 kHz has been studied. In helium II, two types of cavitation activity were identified: acoustic cavitation whose characteristic noise can be detected, and visible cavitation in which vaporous cavities grow to visible size. The onset of acoustic cavitation is statistical in nature with increasing event rates as the sound pressure amplitude is increased and whose threshold depends on the waiting time at that particular amplitude. The acoustic threshold sound pressure amplitude in helium II between 1.8° K andT was found to lie within 0.15 mb of 0.3 mb, the variation of ±0.15 mb occurring from one determination to another, whereas the sound pressure amplitude corresponding to the visible threshold was about a hundred times larger. These two distinct types of sonically induced cavitation appear to be unique to liquid helium. However, aboveT the two thresholds were found to coincide at a sound pressure amplitude within 0.4 mb of 0.8 mb. The characteristics of the onset of acoustic cavitation were found to be independent of applied static pressure of up to 1.5 atm above and belowT and in helium II they were unaffected by filtering, heat flushing, or rotating the liquid. The results suggest that liquid helium is nucleated by random events initiated by the ambient cosmic radiation or by vortices generated in the liquid, and they imply that at ultrasonic frequencies this liquid cannot withstand a tensile stress and behaves in this respect like water saturated with gas and containing dust motes. Attempts to determine the onset of acoustic cavitation by scattering light off the bubbles or by detecting sonoluminescence were not successful: The upper limit to the size of these bubbles was shown to be about 30 µm and the intensity of any sonoluminescence must have been less than 10^–4 of that from cavitating water. The possibilities of exploiting the two types of cavitation activity in liquid helium in the construction of a posttriggerable ultrasonic bubble chamber for visualizing the tracks of ionizing particles are discussed, as are the theoretical background and future development of the work presented in this paper.