[發明專利]一種確定液態金屬空化閾值的方法

有效

• 申請號: 202010783891.8
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111859769B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 李政瑋;許志武;閆久春
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;H04N5/232;G06F113/08
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種確定液態金屬空化閾值的方法，本發明涉及液態金屬的聲空化領域。本發明要解決目前無法確定液態金屬空化閾值的技術問題。方法：使用高速攝影對液態金屬超聲輔助鋪展過程母材/液態金屬界面的空化特征進行拍攝，空化拍攝后可對液滴鋪展前沿的無法發生空化的區域進行測量，通過有限元模擬的方法對液滴鋪展過程進行模擬，并對無法發生空化區的邊緣的聲壓進行提取，即空化閾值。該方法操作簡單，成本低，且結果準確；不受液態金屬成分的限制，使用范圍廣。本發明用于確定液態金屬空化閾值。

技術領域

本發明涉及液態金屬的聲空化領域。

背景技術

液體的聲空化現象在超聲清洗、超聲萃取、超聲催化、超聲碎石以及超聲熔體處理等過程有著極為廣泛的應用，它不僅可以加速化學反應速度，提高萃取和催化效率，還可以細化熔體組織，提高超聲焊接效率等。聲空化指的是液體內部的微小氣泡在超聲波作用下經歷的一系列形核、長大、振蕩以及最終潰滅的過程。空化泡的潰滅會產生一系列局部、極端、瞬時的現象，如上千度的高溫，上百兆帕的壓力以及幾百米/秒的液體速度等。超聲空化的工業應用大多依賴于空化泡潰滅過程時形成的這一系列極端物理現象。

液體的空化閾值一般認為是液體內部能夠發生聲空化現象所需的最低聲強。了解不同液體的空化閾值，對超聲清洗、催化、萃取等許多過程有著極為重要的意義。一般來說，不同液體因其物理化學性質不同因此其空化閾值也各不相同。對于水溶液來說，其透明性這一特征使得其空化觀察以及空化閾值的確定相對簡單。對于液態金屬來說，本身不透明性使得對其聲空化的觀察困難較大。然而，液態金屬的超聲處理在現代工業中的應用極為廣泛，其包括超聲釬焊，超聲除氣，超聲熔體處理等。確定液態金屬的空化閾值，能夠在實際應用過程中有效提高聲能利用率，縮短超聲處理時間，提高處理效率，對超聲波的工業應用有著極為重要的作用。

發明內容

本發明要解決目前無法確定液態金屬空化閾值的技術問題，而提供一種確定液態金屬空化閾值的方法。

一種確定液態金屬空化閾值的方法，具體按以下步驟進行：

一、將常溫下為液態的待測液態金屬的液滴放在確定液態金屬空化閾值裝置的透明玻璃上；

或者將常溫下非液態的金屬放置在確定液態金屬空化閾值裝置的透明玻璃上，然后將金屬加熱為液態，即為待測液態金屬；

二、開啟超聲，并采用高速攝像機對待測液態金屬的液滴的鋪展過程進行拍攝；

三、選取步驟二拍攝的照片，并記錄照片中液滴前沿未發生聲空化的寬度及拍攝時刻；

四、利用有限元軟件模擬待測液態金屬的鋪展過程；

五、將步驟三選取的照片與步驟四模擬的鋪展過程中的時刻對應，結合液滴前沿未發生聲空化的寬度，得到液滴未空化邊緣區域的聲壓值，即為待測液態金屬的空化閾值，完成所述一種確定液態金屬空化閾值的方法。

所述確定液態金屬空化閾值裝置，包括超聲工具頭、母材、透明玻璃和高速攝像機，其中透明玻璃替換部分母材，并且透明玻璃與母材緊密貼合，超聲工具頭緊密貼合在母材上表面，待測液態金屬放置在透明玻璃上，高速攝像機位于的透明玻璃下方，高速攝像機鏡頭設置在待測液態金屬的正下方，并朝向待測液態金屬。

其中透明玻璃為耐高溫玻璃材料。