超声波雾化的原理

超声波雾化的原理

1927年一束强超声波自浸于液体中的超声换能器朝向液面发出后，液面上将会出现一层薄雾，薄雾的浓谈与超声波的强度有关，而雾滴的大小则与超声波的频率及液体的表面张力有关，这时候在液体的表面处有表面波传播，表面波的波长也与超声波的频率及表面张力有关。现已证明，雾滴直径稍微小于表面波的半波长，这使得人们倾向于认为雾滴是表面波在波峰处的喷出物。

超声波雾化是利用超声能量使液体形成微细雾滴的过程。

超声波使液体雾化有两种方式:

1.处于振动表面的薄液层在超声振动下激起毛细一重力波。

2.雾化方式是超声波喷泉成雾。

方式一

超声波雾化的原理存在两种理论解释。分别是微激波理论和表面张力波理论。

一方面，微激波理论解释，超声波在液体介质中产生的空化效应导致微激波的产生从而产生雾化现象。这种理论认为空化效应是使得液体产生雾化的直接原因，空化的空泡崩溃时除了产生热和光辐射外其余部分以微激波的形式辐射当微激波达到一定强度时引起液体的雾化当微激波达到一定强度时引起液体的雾化。

另一方面，表面张力理论认为雾滴的产生是由于液体表面波的不稳定使得液体产生雾化，具体的说当一定声强的超声波通过液体指向气液界面超声波在此界面形成表面张力波在与表面张力波相垂直的力的作用下一旦振动面的振幅达到一定值，液滴即从波峰上飞出而形成雾化。这种理论认为表面张力波在它的波峰处产生雾滴，其雾滴尺寸与波长成正比。表面张力波的模型及表面张力波雾化模型图。

D为雾滴直径;T为表面张力系数;ρ为液体密度;f为声波率

方式二

喷泉雾化，它是常见的一种超声波雾化形式，其利用压电晶片作为换能器，产生兆赫级的超声波。通常喷泉雾化的形成机制如下，当超声换能器发射超声波频率为兆赫级，则超声波及其空化场的指向性就很好，从而与其接触的溶液将被喷起，形成“超声喷泉”。

在超声喷泉产生的同时伴随产生大量气溶胶。其中“超声喷泉”可以看作是一种向上喷射的超声空化场，它拥有一种单方向的辐射力和对称的回旋声流。在这种空化场中，空化泡的分布非常不同。水等液体空化时，由于声辐射压的作用，出于空化泡的密度因超声辐射力和聚束喷射的物理作用，使大量空化泡的集中热效应和机械效应在喷泉前端更为突出，声能密度也因超声自由喷射和聚束喷射而沿喷射方向大有提高。

在超声喷泉中，大量空化泡塌陷、爆裂时的高温声冲流和高压冲击波是超声喷泉的主要机制。而其他的机械搅动作用、热效应等等也同时存在。应用该原理设计的超声波加湿器常被用作室内加湿装置。其可以对计算机房、毛纺车间加湿除去设备静电;加人药物进行室内杀菌消毒，进行面部美容，对盆景进行造型等。