超声空化泡内部物质成分及其演化和氩气精馏

本项目通过对单泡声致发光的原子离子特征谱线及其动态变化的测量，探索超声驱动下的空化泡内部物质成分及其变化规律，了解空化泡内外物质交换过程。同时，实验测量超声空化泡的氩气精馏能力。具体拟通过对不同浓度的不同气体溶入工作液体和直接注射进入空化泡的各种组合情形，进行动态和稳态光谱的测量。气体包括单质气体、惰性气体和混合气体，工作液体拟用浓硫酸及其溶有其它物质的溶液。利用这些光谱数据，我们不仅可以确定空化泡内部的物质成分，还能了解空化泡内外物质交换信息；可以计算空化泡内化学过程和内外物理扩散过程的特征时间，对质量交换过程进行定量的描述。同时，对这种情形的声致发光气泡进行动力学测量，并和光谱测量结果相互印证。理论上，发展新的带质量交换气泡动力学模型，通过数值计算，得到空化泡内部温度、压力、以及气泡半径等演化规律，并和实验观察进行比较，解释实验现象。

本项目通过对声致发光的原子离子特征谱线及其动态变化的测量，探索超声驱动下的空化泡内外物质成分及其变化对声致发光的影响。同时，实验测量超声空化泡的氩气精馏能力。主要工作是实验光谱的拍摄，理论工作是配合实验做气泡动力学模型的修改和数值求解。课题组通过4年的努力，围绕着研究目标，目前已完成了以下三方面的工作：（1）工作液体和溶解气体对声致发光的影响，具体研究的工作液体有表面活性剂（酒精）和稀土盐（氯化铽）水溶液，溶解气体包括惰性气体（氩气、氪气）和活性气体（空气）物质。主要结果显示，微量的表面活性剂可以迅速聚集于空化泡表面，改变了空化泡的气泡动力学特性，对声致发光的最佳驱动参数产生影响，进而改变了声致发光，但这种影响可正可负，不总是削弱发光强度。（2）惰性气体对声致发光特征光谱的作用，具体在液体中溶入了氩气、氪气和卤化盐（氯化钠、溴化钠、碘化钠等），结果显示，溶入惰性气体可以发射声致发光特征光谱，活性气体不能发射特征光谱，表明氩气精馏能力非常有限。但，在液体中的卤素离子可以起到惰性原子（分子）的作用，使声致发光发射特征光谱。（3）基于上述实验观察，提出了一个新的声致发光机理。在该机理中，既可以解释传统声致发光特征光谱的清晰度与驱动超声强度成负关系，又可以解释课题组观察到的正关系。（4）基于实验观察，提出了一个含超临界水层的三层气泡动力学模型。由于考虑了界面层的存在，气泡动力学效应明显削弱，表明空化泡并不能轻易产生极端的物理条件。