超声波作用与液体介质温度的关系研究

　　超声波是一种频率超越人类听觉范围的声波，主要分为动力超声波(18 kHz～1 MHz)和用于诊断的超声波(1 MHz以上)[1]。超声波具有以下4个基本特性[2]：一是束射特性。超声波波长短，可以集中成一束射线。二是吸收特性。超声波在空气、液体和固体中均会被吸收。空气中的吸收最强烈，固体中的吸收最微弱。三是高功率。由于频率高，超声波的功率比声波大得多，它不仅能使所作用的介质产生急速运动，甚至会破坏其分子结构。四是声压作用。声波振动使物质分子产生压缩和稀疏作用，这种由于声波振动引起的附加压力现象叫声压作用。超声波区别于普通声波的特点是：频率高、波长短、能量大、传播过程中反射、折射、共振、损耗等现象显著，不对环境产生污染，有很好的社会效益[3]。

　　探讨超声波在液体介质中的作用机理时，产生了诸多学说。如空化作用理论(Cavitation Theory)、破碎理论(Fragmantation Theory)、生核理论(Nacleation Theory)和过冷理论(Super- coolingTheory)等。这些理论都是建立在一定实验条件和现象上的。因此在某些方面都有其正确的一面，其中最有影响的是空化作用理论。所谓空化作用是指在超声波作用下，液体中空气泡的快速形成和突然崩溃的过程，在这瞬间，在空气泡周围极小的空间能产生5000K以上的高温和约5×10⁷Pa的高压，产生高速射流，使得在普通条件下难以发生的化学反应有可能实现。

　　当我们强调超声空化是化学反应主动力时，还必须注意超声波的机械效应(如传声媒质的质点振动位移、速度、加速度及声压等力学量)和热效应(声波在传播过程中期部分能量被媒质吸收变成热能)对化学反应的贡献。水是一种很好的溶剂，它的空化效果比一般的溶剂好。因此本文将液体介质水进行超声处理，研究水在不同超声功率和超声时间处理后水温度的变化，为实验提供一定理论依据。

　　1 实验部分

　　1.1 实验仪器

　　超声波发生器(北京金星超声波设备技术有限公司);100℃温度计一支;液体介质为水。

　　1.2 实验方法

　　(1)在一定的超声波作用功率下，作用时间与水温度的变化关系。将超声波作用功率分别控制在110W，220W，330W，440W，550W，660W，每隔10min用100℃温度计测量3次，记录读数。

　　(2)在一定的超声波作用时间下，作用功率与水温度的变化关系。控制超声波作用时间为10min，20min，30min，40min，50min，60min，分别在110W，220W，330W，440W，550W，660W作用功率下，用100℃温度计测量3次，记录读数。

　　2 结果与讨论

　　(1)图1列出了在一定的超声波作用功率下(110W,220W,330W,440W,550W,660W)，作用时I司(10min,20min,30min,40min,50min,60min)与水温度的变化关系表1给出了线性回归模型的系数和相对标准偏差的平方。采用的数学模型有：一元线性回归模型：y=A0+A1x;多元线性回归模型：y=A0+A1x+A2x2。