超声波是指任何声波或振动

超声波是一种高频机械波,作为一种能量形式在液体中所引起的超声振动、超声空化,以及空化气泡与液相之间的相互作用而产生的各种效应已在物理、化学、生物等学科的基础研究和应用技术开发中展示出十分广阔的前景。利用超声振动、超声空化能有效强化传质、传热、改变物理化学相平衡,加快化学反应速率。 本文主要运用理论推导和数值模拟对超声空化泡动力学效应进行了研究并设计了提取装置,主要工作和相关结论如下: (1)探讨了超声场对传质过程的强化。依据空化泡在超声波的作用下,膨胀、收缩的的运动理论,把气泡看作为一个以液体为负载的振子,沿用Rayleigh方程推导方法,推导出单双频超声声场中空化泡壁的运动模型,又用Matlab数值模拟,并分析了单双频超声时各自的空化泡动力学效应,结果显示双频超声作用时,空化气泡所带来的空化效应比单频时的空化效应在同等的条件下要增强,从而可用双频超声对中草药进行传质运输。 (2)根据Fick**定律以及中草药浸提机制,并结合超声空化作用、机械效应等对提取体系的影响,研究并建立了超声强化提取中草药有效成分的动力学模型,探讨了时间、超声声压振幅与有效成分浸出量之间的关系,又通过实验数据与数值计算模拟。研究表明,利用文中的理论得出的提取率与超声提取时间、超声声压振幅之间的关系与实验和数据模拟结果基本符合。 (3)基于超声辅助提取技术应用于中药有效成分的提取中所具有的优点,为了扩大超声的实际应用价值,在理论研究上,依据超声波的传播特性和声场效应,并结合现有中药提取设备及管道传输的特点,设计出双频双制式超声提取装置,并对其设计结构进行详细分析与探讨,说明设计出的双频双制式超声提取装置非常合理,而且具有独特的优点,更能适合工业上的应用。超声波是指任何声波或振动,其频率超过人
类耳朵可以听到的**高阈值20千赫。超声波由于其高频特性而被广泛应用于众多领域,比如金属探伤,工件清洗等。某些动物,如犬只、海豚、以及蝙蝠等等都有着超乎人类的耳朵,也因此可以听到超声波。亦有人利用这个特性制成能产生超声波来呼唤犬只的犬笛。超声波的波长很短,通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍,因此超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,该特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。 
  由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,起到了很好的搅拌作用,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。 
  频率高于2×10千赫兹的声波。研究超声波的产生、传播、接收,以及各种超声效应和应用的声学分支叫超声学。产生超声波的装置有机械型超声发生器(例如气哨、汽笛和液哨等)、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器 
机械效应。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时,悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处,在空间形成周期性的堆积。超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时,由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化(见电介质物理学和磁致伸缩)。  ②空化作用。超声波作用于液体时可产生大量小气泡。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压,压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和,而从液体逸出,成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞,称为空化。空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体,甚**可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压,同时产生激波。与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷,并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关。   ③热效应。由于超声波频率高,能量大,被介质吸收时能产生显著的热效应。   ④化学效应。超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢;溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸;染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现象的发生总与空化作用相伴随。超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有明显影响。各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处理后,特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸收,这表明空化作用使分子结构发生了改变。 
起关键作用的是声波的空化效应,在超声波的辐照过程中,在液体里将发生空化气泡的形成,长大和崩灭,当空化气泡崩灭时产生一个覆盖着的强压力脉冲,产生许多独特的性质,例如产生高达5000K的高温,大于200Mpa的压力,以及高达1010K/p的降温速度,这就是超声波化学合成的能量来源,Kcap ,Okitso等将0.5um的oAl1/O3粉末加入到PdLN.2N3Cl.3H20溶液中,再加入一种对Pd2,还原起促进作用的规类,然后用20Khz的超声波辐照,在Al2O2表面合成出10nm左右的Pd纳米粒子。