曾志杰，马雨航，白立新,*

(1.中国科学院声学研究所，北京 100190；2.中国科学院大学，北京 100049)

根据国际标准化组织(ISO)下的微细气泡技术委员会(ISO/TC281)的定义，微细气泡(fine bubble)即液体中直径<100 μm的气泡。微细气泡用途已经非常广泛，并仍在不断拓展应用领域，目前已在渔业水体增氧[1-2]、悬浮颗粒物的气浮去除[3-4]、微藻细胞的采收[5-6]、有机物降解进行废水处理[7-8]、给水消毒[9-10]、地下水修复[11-12]、促进植物生长[13-14]、脱脂清洗[15-16]、船舶的微泡减阻[17-18]等方向均有成熟的应用。

微细气泡的产生方式有很多种，空化是其中较重要的一种产泡方式。空化是指当液体的压强下降到足够低时液体中空泡的生成及其后续的动力学行为[19]。空泡是一种存在径向振动或表面波动的、泡与泡之间存在强烈相互作用的、一直处于动态变化中，且具有高度活性的气泡，在其内部可能产生高温高压，在其周围的液体中可能产生冲击波、微射流、微声流[20]。因此，相较于其他的微细气泡产生方式，其正面或负面的效应也更为强烈，如空化可用于清洗、乳化、漂白、结晶、纳米颗粒合成、细胞粉碎、过程强化、超声萃取、超声碎石、晶粒细化，喷丸硬化和废水处理、射流切割等；另一方面，空化也会对水工建筑和水力机械造成空蚀、产生振动、发出噪声[19]。

产生空化主要有2种方式：通过压电效应或磁致伸缩效应由振动产生的空化，称之为声空化；通过高速水流产生的空化，称之为水力空化。通常超声空化的空泡溃灭得更为猛烈，在实验室内各方面的表现均很好，但在工业应用层面却面临着成本和能耗较高、经济性差、处理量较小、难以工业放大等问题；而水力空化的空化强度稍逊于超声空化，但因其具有处理量大、成本低廉、易于工业放大等优点而具备更好的工业应用前景[21]。

水力空化发生器的种类很多，其中常见的有文丘里管、孔板、簧片哨等，近些年也出现了许多基于传统水力空化发生器的变体。……