庞昊斐，祝锡晶，王璟，袁志伟

（中北大学 机械与动力工程学院，太原 030051）

超声清洗是最早将功率超声应用在工业领域的一项技术，由于其具有低成本和高效能的特点，现已广泛应用于半导体工业[1]、纺织清洗[2]、食品加工[3]、医疗器械[4]等行业。超声清洗利用超声空化的破坏作用和使流体边界层厚度减小[5]等特性，将物体表面的污物层剥离，以达到清洗的目的。所谓超声空化，是指当作用在液体介质中的超声波局部声强高于空化阈值时引起的一种强声现象[6—7]，往往伴随着空化泡的非线性振动、瞬时高温高压以及空化泡溃灭时释放的冲击波和微射流等效应[8—9]。

在超声清洗中，为了提高空化效应，保证清洗效果和效率，需要针对不同的清洗环境选择合适的参数。探讨超声空化机理和空化泡的运动规律是进一步研究空化效应的基础。Rayleigh于1917年建立了首个不可压缩流体内单个球形空化泡的动力学模型，得到经典的Rayleigh-Plesset方程[10]。随后，众多学者针对不同的空化环境对 Rayleigh方程进行了修正。Lind S J等[11]为研究非球形空化泡的运动特性，建立了粘弹性流体中的空化泡模型。Brujan E A[12]利用简化非线性奇摄动的方法建立了可压缩流体中空化泡的动力学方程。吴强等[13]基于Keller-Miksis方程，研究了水下压力对声空化释放能量和溃灭功率的影响。

目前，在涉及温度对空化效应影响的超声清洗研究文献中，都是在假定声压、频率等因素不变的情况下进行讨论。为了进一步探究环境温度与其他参数之间的相互关系，本文从空化泡动力学的角度进行讨论，建立清洗区空化泡的动力学模型，采用数值模拟的方法对影响空化泡动力学特性的重要参数进行分析。……