空化现象是液体中常见的一种物理现象。在液体中由于涡流或超声波等物理作用，某些地方形成局部的暂时负压区，从而引起液体或液-固体界面的断裂，形成微小的空泡或气泡。液体中产生的这些空泡或气泡处于非稳定状态，有初生、发育和随后迅速闭合的过程。当它们迅速闭合破灭时，会产生一微激波，因此局部有很大的压强。这种空泡或气泡在液体中形 成和随后迅速闭合的现象，称为空化现象。若空化是由超声波引起的，就称为超声空化。

由于空化现象产生气泡的非线性振动，以及它们破灭时产生爆破压力，所以伴随空化现象能产生许多物理的或化学的效应。这些效应有腐蚀破坏工件的消极方面的作用，也有在工程技术中得到应用的积极方面的作用，特别是在超声加工和超声清洗中有重要的作用。

（1）液体强度和空化核

空化是一种液体现象，只有在液体中才能产生。但是液体分子的内聚力很大，所以纯净液体的理论强度很高。理论上，只有当外加的负压超过分子内聚力时，才能把液体拉破。分子间的相互作用力F在一定温度下是分子间距*的函数，如图2-1所示。

空化是一种液体现象。液体分子的内聚力很大，所以纯净液体的理论强度很高。理论上，只有当外加的负压超过分子内聚力时，才能把液体拉破。分子间的相互作用力F在一定温度下是分子间距离x的函数，如图2-1所示。

当x很小时，F为斥力，距离增大时斥力变小，到一定距离后就由斥力变为引力，并随距离增大而增大，到距离 时引力达到最大，此距离称为临界距离。距离继续增大而引力逐渐变小，所以 是液体分子的稳定距离。此距离与液体的温度有关，温度升高可使分子间的距离增大。当分子间距离超过 时，分子易于克服其内聚力而逸散。当外加负压满足P>- 时，也可把分子拉开， 是对应于距离 的分子内压力。纯水强度的理论极限值为 ≈3250kgf/c㎡（1kgf/c㎡=98kPa).设想用声波作用把液体分子拉开，那么声压振幅值应和 同数量级，可以推知声强度应为 3. 74x106W/c ㎡，此声强非常大，实际上是做不到的。

然而，实验证明在液体中产生空化所需的声强远远低于上述数值。为解释此现象，人们曾进行了深入研究，发现液体中存在着许多空化核，即很微小的气泡，直径一般为10^-9 ~10^-8m左右。在声负压的作用下，这些空化核就会膨胀而形成空化气泡。

当液体中存在空化核，且空化核内含有蒸汽时，该液体的强度由下式计算

式中， 为蒸气压； 为空化核的初始半径；σ是表面张力；是液体的静压强。由式（2-1)可以看出，空化核的半径 愈大，该处液体强度愈弱；反之，空化核半径 愈小，液体强度也就愈强。含有空化核的地方就是液体强度比较薄弱的地方，也就是空化开始的地方。

（2) 空化阈

使液体产生空化的最小压强称为该液体的空化阈值。

设液体的静压力为 ，声波交变声压幅值为  ，则液体中压强的变化为 ±  。当> 时，则 -<0，形成负压，这时空化核在负压作用下膨胀，当->时，形成空化。对于含有半径为 的空化核的液体，超声空化的空化阈为

将式（2-1)即 表达式代入，则空化阈为

由此可见，超声空化阈值随不同液体而不同；同一液体，随温度、压力状态、含气量以及空化核半径的大小和分布的不同而不同。

水的空化阈 随含气量（相对饱和含气量）的减少单调上升。静压加大，含气量减少，空化核也减少，因此空化阈升高。实验证明，当液体中含气量大时，静压对空化阈影响较大，而含气量小时影响较小。空化阈和液体黏性有关，黏性大的液体空化阈略高。空化阈和声波作用的时间也有关系，声波作用时间长，空化阈下降，未除气的水表现得格外明显。当用脉冲声作用时，空化阈和脉冲宽度有很大关系，脉冲宽度越大，空化阈值越低。空化阈也与声波的频率有关，频率越高，空化阈值越高，如表2-1所示。

此表所列的结果仅是在一定条件下的实验结果，即在超声频率低频段的情况下得到的规律。在较高的超声频率（兆赫级），在生物组织内仍有超声空化现象。