盐度水体温度对空化气泡动力学过程及溃灭行为的影响机制研究

为解决空化技术在生物与化学工程应用中效率受液体温度影响的关键问题，研究人员通过电晕放电诱导气泡结合高速摄像系统，系统探究了盐度水体温度（10℃?90℃）对自由场及液面下气泡动态过程的影响。研究发现温度升高会显著增大气泡最大半径Rmax和溃灭时间tc，但降低冲击波压力峰值Pmax和微射流速度，首次观察到高温下"卫星气泡"二次空化现象。该研究为通过温度调控空化强度提供了新思路。

　　

空化现象在生物化学反应促进和微生物降解等领域具有重要应用价值，但实际应用中液体温度的变化会显著影响空化气泡的动态特性，进而改变宏观的空化利用效率。目前关于液体温度如何影响不同边界条件下气泡溃灭动力学、微射流速度及冲击波特性的研究仍存在空白。四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室的研究团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表论文，通过创新性实验设计揭示了盐度水体温度对空化气泡行为的调控机制。

研究采用电晕放电诱导气泡系统，结合高速摄影（180,000 fps）和瞬态压力测量技术，在严格控制盐度（6.8‰）条件下，系统观测了10-90℃温度区间内气泡的动态过程。通过温度分区（惯性效应区10-30℃、过渡区30-60℃、热传导区60-90℃）对比分析，结合schlieren成像技术捕捉冲击波传播特性。

研究结果显示：在自由场条件下，温度升高使气泡最大半径R_max从9.80±0.13 mm增至13.09±0.35 mm，首次溃灭最小半径R_min从0.79±0.03 mm增至8.08±0.27 mm。特别值得注意的是，当温度超过70℃时，气泡膨胀会诱发"卫星气泡"模式的二次空化。压力测试表明，冲击波压力峰值P_max随温度升高而降低，70℃时几乎检测不到。在液面下实验中（γ₂=1.2），10-40℃范围内微射流无量纲速度V/(ΔP/ρ)^0.5随温度升高呈下降趋势。

该研究创新性地发现：温度通过改变蒸发冷凝速率主导气泡动力学行为，在30-60℃过渡区参数变化最为显著；首次报道了高温条件下气泡膨胀诱导的二次空化现象；建立了温度与冲击波能量E_s/E_max的定量关系。这些发现为空化技术在污水处理、化工反应等实际应用中的温度调控策略提供了重要理论依据，特别是为需要精确控制空化强度的场景开辟了新思路。研究还提示，在高温（>70℃）应用中需考虑二次空化对系统稳定性的潜在影响。