空化

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流體中的聲波其實是一種壓力波，在液體中機械振動使其內部壓強發生變化，當壓力降低時候流體內部或者在一些流固界面上會出現結構斷裂從而形成空腔，這種形成空腔的過程便稱為空化。

在流體中壓力減少的方法有很多，可以是液體流動引起的水力空化，可以是流體中物體的運動引起的水翼空化，比如下圖的方式。。。

還可以是液體非慣性運動引起的水錘空化，還可以是由聲傳播引起的聲空化，通常聲空化是用超聲波換能器進行驅動的，為什麼是超聲？比如說超聲換能器表面振動位移為

$x=Realleft[ x_0 exp(jwt) right]$

那麼表面振動速度便是

$v=Real[(jwx_0)exp(jwt)]$

因此驅動頻率大的容易形成大的振速，而聲壓幅值又正相關於振速。因而當聲壓幅值足夠大時，使得在負壓相時超過空化閾值，那麼就可以造成聲空化效應。

空化效應從宏觀上看可以有

1. 機械效應

常見的便是船舶螺旋槳在水中的剝蝕

瑞利爵士在1917年指出，空蝕現象的主要成因是空化泡坍縮產生的衝擊力。這不難理解，氣泡在壓縮相時，靠近固體界面的一側速度小，遠離固體界面的一側速度大，因此遠離的一側液體就容易在氣泡界面收縮的過程中撞向固液界面，從而形成噴注和衝擊壓力。

當然，這種空化效應不全是壞事，比如說超聲清洗利用的就是這種破壞效應，還有一種海洋生物利用這種效應來捕食，叫槍蝦。槍蝦獵食時會將巨螯迅速合上，噴射出一道速度很快的水流，同時伴有猶如開槍一般的巨大聲響，同時還伴有發光的現象，根據空泡潰滅發出的光推算，潰滅時空泡內部的溫度至少有5000K。研究文獻中給出的槍蝦揮舞大鉗子時候空泡的壓力如下圖

還有一種叫暴風雪的魚雷，當它在水下高速運動時，魚雷表面附近的水因低壓而發生相變，形成覆蓋魚雷體大部分或全部表面的超空泡。這樣就相當於魚雷在氣體中航行（水中的摩擦阻力約為在空氣中摩擦阻力的800多倍），因此使魚雷速度可以提高到100m/s的量級。下圖是超空化魚雷在不同航速下的空泡預測

2. 化學效應，空化場中產生一些高活性的自由基。

3. 光效應，空化潰滅瞬間出現高溫高壓，高溫使得原子中的電子躍遷從而發射原子光譜，比如鹼金屬Na的著名的D雙線。當然，除了線光譜，聲空化過程中還觀測到了連續光譜，並且還可以很好的用黑體輻射曲線去擬合。