超声波清洗技术的研究与应用现状

　　超声波清洗是利用超声波能进行清洗的一项清洗技术,最早出现于20世纪30年代。对其进行广泛的研究和应用已有几十年的历史。近年来,对超声波清洗的理论研究也更加深入和透彻,针对超声波清洗的机理研究不断细化,并出现了一些针对空化声场的计算机模拟方法。超声波清洗的核心部件—超声换能器在理论研究上也更为深入,完善了换能器在各种负载下的特性研究。随着超声波清洗理论和技术的进步与完善,其应用日益扩大,超声波清洗目前已广泛地用于工业的各个方面。在我国,随着工业的快速发展,尤其是制造业的发展以及对生产过程的环保要求力度的加大,超声波清洗的应用也有新的特点出现。

　　1 超声波清洗技术的理论研究

　　1.1 对超声空化认识的发展

　　近年来,出现了利用计算机图像处理技术对结果进行定量分析的方法。随着计算机技术的进一步发展,出现了通过数值模拟研究超声空化的一些方法。李林将空化气泡看作一个以液体为负载的振子推出空化气泡壁的运动方程并通过Matlab进行模拟求解;刘如军应用镜像和势流函数相结合的方法对不同半径的空化气泡在刚性壁面附近的溃灭过程进行研究并得出压强分布; Servant等建立二相流体模型对空化声场进行模拟,并通过修改CFD代码进行求解;Laborde等在模拟声场中使用Aquilon CFD代码对耦合能量方程求解。

　　在空化作用发生的过程中产生的热效会使清洗液的温度发生变化,而清洗液的温度的变化又不可避免的对超声空化作用产生影响。国内外也出现了关于温度和超声空化之间关系的研究并有新观点的提出:高永慧等对超声波清洗液温度变化规律的进行了研究,说明了在开始阶段空化作用产生的热将带来明显的温度升高,随后温度趋于稳定。在国外,Bogdan等通过对超声波清洗装置的实验研究得到了不同条件下空化强度的变化规律,即温度、清洗液中气体含量以及不同的空化强度对以水为清洗媒介的超声清洗都有影响,水的最高空化强度温度低于20°C,当将水加热到20~40e将会再次出现最高强度的空化。

　　空化作用在超声波清洗中的作用方面,Maison-haut等人从微观角度上分析了低频超声清洗的清洗机理,指出空化作用的有效范围,完善了低频超声清洗对小吸附物较难去除的解释。

　　1.2 对大功率换能器研究的完善

　　换能器是超声波清洗装置的核心部件,在超声应用领域对换能器的研究已经有了较为成熟的理论。近年来随着有限元分析方法在工程应用中的普及,出现了大量利用计算机技术与有限元分析方法相结合分析换能器特性的方法,完善了换能器在大功率、高负载情况下的特性研究和优化设计。