超声雾化

在超声的作用下，液体在气相中分散而形成微细雾滴的过程称为超声雾化。

（1）超声雾化的基本原理与特点

关于超声雾化形成的机理，一直存在着两种解释。一种解释是超声振动在液面下产生空化作用引起的微激波导致了雾的形成，被称为微激波理论。按照这种理论，空化泡闭合时产生很强的微激波，其强度达到一定值时引起雾化。另一种解释是表面波的不稳定引起的表面张力波导致了雾的形成，被称为表面张力波理论。表面张力波理论是基于液-气界面的不稳定，在与它垂直的力的作用之下，当振动面的振幅达到一定值时，液滴即从波峰上飞出而形成雾。按照这种理论，表面张力波在它的波峰处产生雾滴，其大小与波长成正比。

现在有人把这两种理论联系起来，提出由空化产生的微激波与有限振幅表面张力波的互相作用而形成雾滴，雾滴的直径的计算公式为

式中，T为表面张力系数；为是液体密度；f为声波频率。

超声波的频率及液体本身的表面张力、密度、黏度、蒸汽压、温度等，对液体的雾化都有一定影响。

雾滴的大小与液体本身的表面张力成正比，与超声频率和液体密度成反比，表8-4是频率与雾滴直径的关系。液体黏度，蒸汽压，温度对雾化都有一定影响。

表8-4超声雾化频率与雾滴大小对应关系表

对雾化理论的实验检验一般采用两种方法：一种是高速摄影，用此方法可以详细研究雾滴的形成过程；另一种方法是通过雾化熔化了的石蜡或金属，因为这些物质的雾滴在空中飞行期间会很快凝固，把凝固的颗粒收集起来即可测量其大小。

（2）超声雾化器的类型

超声雾化器有许多种，总体上可以分为两大类：电声转换型和流体动力型。超声频率的高低由设备的类型和实际应用的需要而定。

电声转换型超声雾化器有低频、高频、超高频、多孔板、非接触等多种应用装置。

对于低频应用装置，液体的入口位于变幅杆的位移节点处，常用于燃料油燃烧器的改进、金属粉末的产生等。高频（0.8~5MHz）应用装置产生液滴的直径为1~5μm 可用于医疗等方面。采用磁致伸缩换能器可直接在其辐射面形成雾滴，但要求功率大，因此一般在换能器辐射端再加一个变幅杆，以放大位移振幅，使其易于产生雾滴。高超声频（兆赫级）雾化装置（超声加湿器装置的振动频率为兆赫级）工作时，在液体中辐射强超声而使液面产生喷泉雾化。厚度1.2mm、直径20mm的压电换能器在水中辐射频率约1.7 MHz的强超声，通过薄透声膜辐射到溶液中而在液面产生喷泉雾化，雾化量约为0.4L/h,这就是超声加湿器的典型结构，多孔板超声雾化器的特点是雾化量大，雾滴均匀且耗电量很少。

流体动力型超声发生器进行雾化的装置原理，是由高压气流激发而直接产生超声，其频率主要由共振腔的几何尺寸决定。由于这种气哨的雾化效率随着频率的增高而减小，因此，一般工作在较低的超声频率上。为了避免噪声，工作频率仅在可听声之上。雾滴大小是液流速率、压力、喷嘴大小和共振腔位置的函数，所以，恰当地设计喷嘴可以对许多液体进行雾化，雾滴的直径从几微米到数百微米，液体流过率可达1.5kg/s。图8-25为流体动力型雾化装置示意图。

非接触式超声雾化器常见的有两种，一种是通过变幅杆辐射约170dB左右的强超声，在谐振腔的喷口处直接形成雾化；另一种是利用振动板的弯曲振动来实现超声雾化，常被用来制备金属粉末。换能器激励振动板，抛物面反射板把振动板产生的超声能量聚焦于金属熔融液表面而产生雾滴，这些雾滴在空中凝固后下落，收集起来即为所需制备的金属粉末。雾滴的大小与超声波的参量，熔化金属的物理性质有关，具体数量由实验确定。其装置如图8-26所示。

在实际应用中，有时需要不同大小的雾滴。雾滴的大小可以由专门的装置进行调节与控制。