稳定空化 vs. 瞬态空化

在前面几篇博文中，对空化的讨论非常多。  但我有一点忘了在这些文章中提及，那就是并不是所有的空化都能够带来加强清洗效果所需要的效应——这种效应也就是空化气泡以内爆形式剧烈崩塌。  继续阅读之前，请花点时间观看一下这段 YouTube 视频，这段视频演示了空化气泡崩塌带来的超声波内爆所产生的惊人能量。

是不是很令人惊叹！  下次我和我的呆瓜朋友们去野外轰趴时必须尝试一下这个！  但现在让我们继续聊科学。

正如在空化 101 中讨论的那样，空化气泡是当在外力作用下超出液体拉伸强度时形成的。  外力可以是船舶螺旋桨后缘的尾迹，可以是视频中所示的快速运动，或者，在超声波应用中，声波通过时产生的稀疏作用。  空化气泡实际上是被困在液体中的负压腔。  这导致了一个低压区域（气泡）的形成。

形成之后，空化气泡就是一个稀薄的空腔，引发周围液体的蒸发和脱气。  一旦生成空化气泡的事件过去，除了自身内部所含的蒸汽和气体外，空化气泡不会再受到任何支撑。  因此它注定要以某种方式崩塌！

区分“稳定空化”和“瞬态空化”的关键在于空化气泡崩塌的方式。  崩塌的方式取决于气泡生成过程中所吸收的能量大小，以及崩塌过程中气泡周围液体的环境条件和性质。  更多的能量代表着更大的气泡，反过来说也就是气泡中存储的能量更多。  液体的性质决定了液体的蒸汽以及可能溶解在液体中的其它气体能够以多快的速度在气泡内因低压而转化为蒸汽，以及一旦气泡开始崩塌，这些蒸汽和气体能够以多快的速度被重新吸收到液体中。  这是由包括表面张力、蒸汽压力、溶解气体量及其扩散速率等性质，以及很多其他因素所决定的（参考博文），这些因素中有很多都与温度有关，这也是为什么温度在超声波清洗中是一个非常重要的参数。

而对于稳定空化中，则会发生以下两种情况之一。  气泡在崩塌后，其内含物可能还未完全重新溶解到周围气体中，这就留下了一些气泡残余，形成了会震荡且会因后续声波通过而逐渐长大的气泡的“种子”。  另一种情况是现在充满气体的残余气泡获得足够浮力，上升至液体的表面。  这就是脱气过程中发生的情况。

但是，如果空化气泡足够大，具有足够能量和惯性来克服自身内含的任何蒸汽或气体产生的阻力，那么结果便会是“瞬态空化”。  这正是在超声波清洗中有用的空化。  空化气泡的剧烈崩塌能够在待清洗表面处产生高压冲击波。  这些冲击波能够除掉颗粒物，增强清洁剂的化学作用效果。

回想一下视频内容，让我们想象一下假如瓶子顶部没有受到足够大的冲击力来在底部生成一个足够大的空化气泡，使其能够通过崩塌释放出足够的力来打碎瓶子。  实际上，这将会是“稳定空化”。  基本上说，也就是空腔生成了，但其内含物并未造成任何相关效果就回到了液体之中。  如果空化气泡充满了曾被液体吸收但又因空化气泡内的压差而被释放出来的蒸汽或气体的话，也会发生稳定空化。  受困在气泡内的气体或蒸汽将起到缓冲作用，阻止内爆发生。  正如在视频中看到的，在碳酸液体中，碳酸释放的气体就是以这种方式阻止了空化气泡的剧烈崩塌。  而“瞬态空化”效应，则使得瓶底因为受到与之相关的冲击波而破碎。

在超声波功率 vs. 空化密度这篇博文中，可以安全地假设，至少在曲线底部，尚未达到我们所称的“空化阈值”的部分，会产生一些稳定空化。  而且，我们已知空化气泡在在生长到足以在超声场中剧烈内爆之前，可能会多次振荡（成形和部分或全部崩塌）。  这里“需注意”的是并不是所有空化都会带来我们称之为“内爆”的剧烈且有用的崩塌。  在确定能够内爆从而产生清洗加强效果的空化气泡所需条件方面，能量和液体性质均为重要因素。

 – FJF –