超聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：檢測超聲波和功率超聲波。

  檢測超聲又稱為弱超聲的“被動(dòng)應(yīng)用”，檢測超聲是利用毫瓦量級(jí)的小功率超聲的傳播特性對媒質(zhì)的各種非聲學(xué)量及其變化實(shí)施檢測或控制。例如醫(yī)學(xué)中的A超、B超、c超等顯像診斷儀器;工業(yè)中的金屬探傷、測厚、測距等檢測儀器。

  功率超聲又稱為“大功率超聲的主動(dòng)應(yīng)用”，是利用較大功率的超聲對物質(zhì)作用，以改變或加速改變物質(zhì)的一些物理、化學(xué)和生物特性或狀態(tài)的技術(shù)。功率超聲在化工中的應(yīng)用，近年來有了新的發(fā)展，展示出廣闊的前景。本文意在對功率超聲在化工領(lǐng)域的應(yīng)用予以綜述，以期引起化工領(lǐng)域?qū)β食晳?yīng)用的關(guān)注。

  一.功率超聲機(jī)理概述

  一定強(qiáng)度的超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)等一系列效應(yīng)，這些效應(yīng)歸納起來，有三種基本的作用。

  1.機(jī)械作用。超聲波是機(jī)械能量的傳播形式，與被動(dòng)過程有關(guān)，能產(chǎn)生線性型交變的振動(dòng)作用。這種機(jī)械能量主要體現(xiàn)在媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)間的振動(dòng)、加速度沖擊、聲壓剪切等效應(yīng)力作用。若28khz，1W/cm2的聲強(qiáng)在水中傳播，其產(chǎn)生的聲壓值為242kpa，這就是說，在242kpa的壓力下產(chǎn)生2.8萬次振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)加速度大約為重力加速度的2000倍。

  2.空化作用。當(dāng)一定強(qiáng)度的超聲波在液體媒質(zhì)中傳播時(shí)，使液體中的微氣泡的振蕩生成、增大、收縮、崩潰導(dǎo)致氣泡附近的液體產(chǎn)生強(qiáng)烈的激波，形成局部點(diǎn)的極端高溫高壓，空化泡崩潰的瞬間其周圍極小空間內(nèi)產(chǎn)生5000k以上的高溫和大約50mpa的高壓，其溫度變化速率達(dá)109k/s，并伴生出強(qiáng)烈沖擊波和時(shí)速達(dá)400km的微射流，這種極端高壓、高溫、高射流又是以每秒數(shù)萬次連續(xù)作用產(chǎn)生的，超聲空化引起了湍動(dòng)效應(yīng)、微擾效應(yīng)、界面效應(yīng)，聚能效應(yīng)。其中湍動(dòng)效應(yīng)使邊界層減薄，增大傳質(zhì)速率;微擾效應(yīng)強(qiáng)化了微孔擴(kuò)散;界面效應(yīng)增大傳質(zhì)表面積;聚能效應(yīng)擴(kuò)大了分離物質(zhì)分子從而從整體上強(qiáng)化了化工分離強(qiáng)化過程的傳質(zhì)速率和效果。因此，空化作用是功率超聲基本的特質(zhì)。

  3.熱作用。超聲波在媒質(zhì)中傳播，其振動(dòng)能量不斷被媒質(zhì)吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏棺陨頊囟壬?。聲能被吸收可引起媒質(zhì)中的整體加熱、邊界外的局部加熱和空化形成激波時(shí)波前處的局部加熱。