國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)·綜述評(píng)述空化與空蝕研究◆陳大融摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(清華大學(xué)),北京100084摘要空化是一種自然現(xiàn)象,從認(rèn)識(shí)“滴水象。英國(guó)皇家海軍委任 Lord rayleigh著手進(jìn)行研穿石”起,人們就將注意力集中在源于空化的究,1917年 Rayleigh提出了較為系統(tǒng)的空化理論,建各種損傷過(guò)程上。由于對(duì)空泡生成、坍縮、潰立了描述自由空泡運(yùn)動(dòng)的方程。在此基礎(chǔ)上, Pless進(jìn)一步研究,得到了著名的 Rayleigh- Plesset方程,形天,直至形成微激波、微射流的機(jī)理尚不清成了空泡動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。隨著高速機(jī)械的發(fā)展,涉楚,歷經(jīng)百余年的研究,仍然沒(méi)有形成有效解及微射流損傷的領(lǐng)域也越來(lái)越多,例如水電、火電、決空蝕損傷、空蝕噪聲等問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。核電、運(yùn)輸、采礦、化工和醫(yī)學(xué)等與介質(zhì)高速流動(dòng)相另一方面,空泡坍縮、潰天過(guò)程所形成的極端關(guān)的領(lǐng)域。由于空蝕發(fā)生機(jī)理至今尚不明確,在這些領(lǐng)域微射流損傷均屬于難以解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)物貍、化學(xué)、力學(xué)環(huán)境、空泡內(nèi)部物質(zhì)的特殊物問(wèn)題1。理化學(xué)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)化過(guò)程,可為尋找自然界深層次規(guī)律的科學(xué)研究提供新的途徑,形成的關(guān)、空蝕損傷的危害性鍵技術(shù)將為國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)家安全的發(fā)展儆出巨大貢獻(xiàn),并將最終造福于人類(lèi)。1.水輪機(jī)與汽輪機(jī)空蝕損傷據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道2,中國(guó)已建成的很多水電站的水關(guān)鍵詞:空化空蝕微激波微射流聲化學(xué)輪機(jī)空蝕破壞非常嚴(yán)重,導(dǎo)致效率下降、出力減少超聲醫(yī)學(xué)中子聚變振動(dòng)加劇,不僅威脅水電站的安全運(yùn)行,也嚴(yán)重威脅中圖分類(lèi)號(hào):TP601文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A電網(wǎng)的安全運(yùn)行。汽輪機(jī)也存在同樣的問(wèn)題,無(wú)論文章編號(hào):1009-2412(20100600305國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口的大型汽輪機(jī),末級(jí)葉片型線下部出DOI:10.3969/j.issn.1009-2412.2010.06.001汽邊均易發(fā)生沖蝕損傷,成為效率下降并影響大型機(jī)組安全運(yùn)行的普遍問(wèn)題3。我國(guó)水電機(jī)組每年由空化( cavitation)是指液體內(nèi)局部壓強(qiáng)降低到飽于空蝕損傷造成的發(fā)電量損失超過(guò)1280億度2,火和蒸氣壓之下時(shí),液體內(nèi)部或液固交界面上出現(xiàn)的電機(jī)組由于沖蝕損傷造成的發(fā)電量損失超過(guò)2430蒸氣或氣體空泡形成、發(fā)展、坍縮和潰滅的過(guò)程億度3,兩者每年的發(fā)電量損失大約相當(dāng)于5個(gè)空蝕是指空泡坍縮形成微激波與微射流,攻擊峽電站全年的發(fā)電量,直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)1500億元壁面形成損傷的過(guò)程?？瘴g過(guò)程在水輪機(jī)領(lǐng)域稱(chēng)為人民幣。氣蝕、在螺旋槳領(lǐng)域稱(chēng)為剝蝕、在汽輪機(jī)領(lǐng)域稱(chēng)為水國(guó)內(nèi)外對(duì)水輪機(jī)與汽輪機(jī)葉片損傷機(jī)制已經(jīng)進(jìn)蝕、在水力機(jī)械領(lǐng)域稱(chēng)為沖蝕,所描述的都是相同的行了數(shù)十年的研究,從最初的疲勞機(jī)制4發(fā)展為沖物理和力學(xué)過(guò)程。擊損傷機(jī)制3,在損傷過(guò)程中還伴隨著腐蝕現(xiàn)象的對(duì)空化現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和研究可追溯到19世紀(jì)發(fā)生。學(xué)術(shù)界與工程界提出了許多抑制空蝕損傷發(fā)有記載的是 Besant在1839年、 Reynolds在1873年就生與發(fā)展的方法,主要為提高硬度、加工硬化率和彈已經(jīng)開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室對(duì)空化現(xiàn)象進(jìn)行研究。1902年在性以及加陶瓷涂層等,但在實(shí)驗(yàn)中收效甚微,至今尚英國(guó) Cobra號(hào)驅(qū)逐艦螺旋槳上首次發(fā)現(xiàn)空蝕損傷,接無(wú)工程應(yīng)用。哈爾濱電機(jī)廠在固定水頭和功率的條著在水工建筑物和水力機(jī)械上也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)件下,研究了防止氣蝕發(fā)生的新型葉面型值,已經(jīng)應(yīng)用于三峽電站收稿日期:2010-11-1修回日期:2010-11272.大型高速軸承空蝕損傷本文作者:陳大融,教授,chendre@mail.tsinghua.edu.cn。高速透平機(jī)械軸承、內(nèi)燃機(jī)軸承、軋鋼機(jī)軸承和20010·6· Ching Basic Science3國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)·綜述評(píng)述風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承等都面臨嚴(yán)重空蝕損傷的問(wèn)題,其滅,形成微激波與微射流攻擊壁面的過(guò)程有了基本表現(xiàn)為軸承表面呈點(diǎn)狀脫落,使得磨損加速、噪聲增的共識(shí)。由于微射流發(fā)生是由空泡潰滅造成的,問(wèn)大、使用壽命下降。英國(guó)著名摩擦學(xué)專(zhuān)家 Dowson61題涉及流體力學(xué)、熱力學(xué)、材料學(xué)、物理、化學(xué)以及摩等人1979年發(fā)表論文描述了大型高速軸承空蝕損擦學(xué)和制造科學(xué)等眾多學(xué)科的知識(shí),從單一學(xué)科的傷的嚴(yán)重性,并提出了主要研究?jī)?nèi)容。此后,相關(guān)學(xué)角度出發(fā),難以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律。因此,到目前者在這一領(lǐng)域進(jìn)行了探索研究,發(fā)表了千余篇論文,為止仍然沒(méi)有形成有效抑制微射流損傷發(fā)生的關(guān)鍵但至今尚未獲得有效的解決方法技術(shù)。3.液壓機(jī)械、流體泵的空化與空蝕損傷微射流損傷過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程,抑制微射流液壓系統(tǒng)的空蝕損傷主要發(fā)生在工程機(jī)械的大損傷發(fā)生的關(guān)鍵技術(shù)的形成將依賴(lài)于對(duì)損傷過(guò)程的型液壓系統(tǒng)、船舶舵機(jī)、汽車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)中。在液壓系統(tǒng)系統(tǒng)認(rèn)識(shí),研究難度在于對(duì)一些物理過(guò)程仍然不清中,通過(guò)油液介質(zhì)傳遞動(dòng)力的基礎(chǔ)是油液為非壓縮性楚,例如:①微空泡壓縮與潰滅發(fā)生在亞微秒/納秒流體,旦空化產(chǎn)生會(huì)使得壓縮率大幅度增加,產(chǎn)生控時(shí)間內(nèi),如何對(duì)瞬態(tài)物理過(guò)程進(jìn)行精確測(cè)量和模擬;制失靈以及工作機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象。同時(shí)還會(huì)使油②針對(duì)微射流攻擊壁面的高速動(dòng)力學(xué)過(guò)程,如何進(jìn)溫升高、油液加速氧化、潤(rùn)滑性能下降等問(wèn)題,將嚴(yán)重行材料損傷過(guò)程的單因素實(shí)驗(yàn);③如何描述空泡潰危害系統(tǒng)的工作可靠性。油液中微氣泡的存在以及空滅瞬間能量聚集程度、釋放過(guò)程及微尺度耗散機(jī)制化發(fā)生還會(huì)引起缸體壁面損傷,會(huì)造成系統(tǒng)振動(dòng)和噪④如何理解多尺度條件下的液/固、氣/固、氣/液i增加,容積效率降低等一系列問(wèn)題。氣/汽等相界面行為、界面狀態(tài)及轉(zhuǎn)化以及界面?zhèn)髻|(zhì)4.螺旋槳與水工建筑空蝕過(guò)程等;⑤如何確定微射流損傷過(guò)程與電化學(xué)、高溫螺旋槳空蝕損傷的典型實(shí)例是法國(guó)“戴高樂(lè)號(hào)”氧化、空位簇氧化膜腐蝕等過(guò)程同時(shí)并存、互相影響核動(dòng)力航空母艦,該艦造價(jià)達(dá)800億法郎,航速27的規(guī)律;⑥如何描述微射流損傷過(guò)程與材料表層物節(jié),功率84000馬力,1999年1月開(kāi)始海上試驗(yàn),發(fā)理特性變化,以及材料表層電子結(jié)構(gòu)變化之間的關(guān)現(xiàn)螺旋槳空蝕噪聲巨大,達(dá)到影響水兵睡眠的程度;系等。抑制微射流損傷發(fā)生在國(guó)內(nèi)外均被認(rèn)為屬于2000年11月初發(fā)現(xiàn)4臺(tái)螺旋漿均遭遇嚴(yán)重空蝕,其難以解決的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題,形成綜合理論和行之有中3臺(tái)已無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行;2002年3月?lián)Q上新螺旋漿效的關(guān)鍵技術(shù)具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。重新下水,但不久又發(fā)生槳葉斷裂事故。螺旋槳空1.微射流發(fā)生的力學(xué)過(guò)程蝕損傷現(xiàn)象普遍存在于各類(lèi)艦艇,同時(shí)巨大的空蝕經(jīng)過(guò)多年的研究,已經(jīng)發(fā)現(xiàn):①空蝕損傷過(guò)程必噪聲也嚴(yán)重影響艦艇(特別是潛艇)航行的隱蔽性。須有微顆粒參與;②微射流與損傷發(fā)生過(guò)程主要是潛艇航速每増加1節(jié),噪聲増加2dB,為降低噪聲對(duì)力學(xué)過(guò)程。因此,對(duì)微空泡與微顆粒在近壁面的運(yùn)航行隱蔽性的影響,潛艇往往僅以3節(jié)左右的速度動(dòng)規(guī)律以及如何控制微空泡微顆粒在近壁面的運(yùn)航行(設(shè)計(jì)航速27節(jié),臨界航速19節(jié)),大大降低了動(dòng)軌跡是首先需要研究的內(nèi)容。但是,處于液體介威懾力。質(zhì)中的微顆粒在趨近壁面時(shí)受到多種力的影響,需水工建筑的空蝕現(xiàn)象十分嚴(yán)重。1935年在巴拿要對(duì)產(chǎn)生這些力的原因以及相互之間的關(guān)系作深入馬地峽恰格采斯河上的 Madden壩輸水道進(jìn)口發(fā)現(xiàn)的分析,才有可能獲得對(duì)微顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)控制嚴(yán)重空蝕損傷后,在美國(guó)飽爾德水利樞紐東岸泄洪的理論與方法。研究表明,影響液體介質(zhì)中微顆粒隧洞、前蘇聯(lián)的布郝塔爾明大壩與布拉茨克水電站的力的產(chǎn)生,與空泡能量聚集/耗散、表面形貌對(duì)近溢流壩面也都發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的空蝕現(xiàn)象。有報(bào)道稱(chēng)壁面流場(chǎng)的影響、材料物理特性與腐蝕對(duì)雙電層等我國(guó)劉家峽水電站右岸泄洪隧洞、鹽鍋峽水電站溢眾多因素的影響密切相關(guān),由于涉及跨尺度與跨學(xué)流壩下流挑坎等都不同程度地發(fā)生了空蝕破壞?？频膯?wèn)題,其中部分影響因素目前還無(wú)法直接從計(jì)算與實(shí)驗(yàn)獲得二、空蝕發(fā)生機(jī)理研究2.空泡潰滅與微射流發(fā)生過(guò)程中的能量聚集與耗散機(jī)制雖然對(duì)空蝕發(fā)生機(jī)理目前還沒(méi)有給出一個(gè)令人2000年德國(guó) Stuttgart大學(xué) bruno教授用400ps信服的解釋,但對(duì)空蝕損傷是由于微空泡坍縮、潰快門(mén)速度的高速條紋攝像機(jī)對(duì)單個(gè)坍縮氣泡發(fā)射的20010·6· Ching Basic Science4國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)·綜述評(píng)述光與激波的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究,捕獲了水中微氣泡腐蝕過(guò)程中的作用進(jìn)一步明朗化坍縮的時(shí)間分辨圖像,發(fā)現(xiàn)在坍縮和同時(shí)發(fā)生的光但是,目前的研究對(duì)一些關(guān)鍵問(wèn)題仍然沒(méi)有給發(fā)射后不久,激波的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到4000m/s,計(jì)算出出合理的解釋。例如,如何描述微射流所誘發(fā)的特氣泡附近的壓強(qiáng)達(dá)到6Gpa。 Putterman和 Barber的殊物理化學(xué)環(huán)境條件以及由此引起的損傷行為;材研究表明,空泡坍縮速度超過(guò)聲速,在微激波最小半料/溶液界面雙電層的異構(gòu)、活性自由基的特性和競(jìng)徑處的加速度高達(dá)10"g8。研究表明,幾乎每次爭(zhēng)吸附行為對(duì)微射流流體傳質(zhì)過(guò)程等瞬態(tài)局部化學(xué)坍縮都伴有閃光,光子的產(chǎn)生表明在內(nèi)爆氣泡中必環(huán)境的影響及其腐蝕行為與機(jī)制;瞬態(tài)局部溶液化然出現(xiàn)極高的壓力與溫度,并以微射流和微激波的學(xué)環(huán)境與瞬態(tài)局部高壓場(chǎng)疊加對(duì)材料微射流損傷的形式耗散交互作用和耦合作用機(jī)制等。需要針對(duì)空泡潰滅過(guò)對(duì)空泡坍縮過(guò)程的研究提供了微米級(jí)微空泡潰程中形成的特殊瞬態(tài)局部化學(xué)環(huán)境,在產(chǎn)生液相等滅后形成微激波與微射流,進(jìn)而攻擊固體壁面,形成離子體并由溶液分子或原子離解釋放活性自由基研毫米/亞毫米級(jí)空蝕坑的證據(jù)。但是,對(duì)微空泡內(nèi)能究基礎(chǔ)上,深人研究空泡潰滅過(guò)程對(duì)材料表面的雙量來(lái)自何處仍然不清楚,主要問(wèn)題為:①空泡內(nèi)部溫電層結(jié)構(gòu)、電子躍遷能力、表面費(fèi)米能級(jí)改變帶來(lái)的度、壓力急劇上升的原因是什么?在高溫、高壓下形影響。成射流時(shí)液體以何種結(jié)構(gòu)和約束可以使其在液體中4.材料表層物理特性對(duì)微射流損傷的影響成東并對(duì)壁面造成損傷?②如何判定微空泡被急劇對(duì)空化現(xiàn)象與空蝕過(guò)程研究的目的之一是要形壓縮到最小半徑時(shí)的能量聚集程度,以及如何構(gòu)成成抑制空蝕損傷發(fā)生與發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),這就會(huì)涉基本的數(shù)學(xué)物理模型?③空泡潰滅時(shí)內(nèi)部物質(zhì)是否及空蝕發(fā)生過(guò)程中合金材料的微觀缺陷發(fā)展及電子已經(jīng)處于等離子態(tài),空泡內(nèi)物質(zhì)是否參與了射流的結(jié)構(gòu)變化。目前此領(lǐng)域的研究甚少,對(duì)合金材料研形成?0.④如何分析空泡內(nèi)高密度能量的傳播過(guò)究的關(guān)注點(diǎn)也主要集中在材料力學(xué)性能上程導(dǎo)致微空泡凹陷的原因,以及如何確定微射流形材料表層微觀缺陷與合金力學(xué)性能密切相成與能量輸運(yùn)及耗散之間的關(guān)系?⑤如何確定微射關(guān),微觀電子結(jié)構(gòu)是構(gòu)成合金物理性能的基礎(chǔ)流發(fā)展過(guò)程中卷吸周?chē)后w及向周?chē)鷶U(kuò)散的能量耗較長(zhǎng)時(shí)間的空蝕實(shí)驗(yàn)證明,合金材料的正電子S參散過(guò)程,如何建立微射流在介質(zhì)中的能量耗散規(guī)數(shù)值隨空蝕實(shí)驗(yàn)時(shí)間增長(zhǎng),材料空位缺陷不斷外移律等。表明試樣體內(nèi)的空位缺陷隨著空蝕時(shí)間增長(zhǎng),表層3.材料微射流損傷與腐蝕共同作用的機(jī)制空位缺陷在深度方向上呈梯度增長(zhǎng),解釋了空蝕損材料微射流損傷與腐蝕幾乎同時(shí)發(fā)生。因此,傷隨時(shí)間越演越烈的原因早期的研究將這一過(guò)程歸納為電化學(xué)損傷,即損傷通過(guò)電子能量損失譜分析發(fā)現(xiàn),在空蝕發(fā)生的是由電化學(xué)腐蝕引起的2),認(rèn)為其原因是空化過(guò)程過(guò)程中,合金的體電子密度mb逐漸減小;而非單空促進(jìn)了電極-介質(zhì)界面附近區(qū)域離子和分子的傳輸,位缺陷處的電子密度n急劇減小,由于在空蝕過(guò)程以及離子與金屬表面的電子交換過(guò)程13。但是,正中單空位缺陷處幾乎不產(chǎn)生空蝕損壞,因此體電子電子湮沒(méi)實(shí)驗(yàn)表明,在微射流損傷發(fā)生過(guò)程中必密度的減少主要是由于非單空位缺陷電子密度的急定伴隨著腐蝕作用,并相互影響,加劇空蝕損傷的發(fā)劇下降造成的,其原因在于空蝕過(guò)程中合金材料3d展,電化學(xué)腐蝕只是造成空蝕損傷的原因之電子數(shù)發(fā)生了變化空蝕與腐蝕之間的相互影響為綜合考慮材料表層物理特性、雙電層特性與電化學(xué)腐蝕過(guò)程的關(guān)聯(lián)與空化和空蝕相關(guān)的研究領(lǐng)域性提供了新的途徑,獲得了合金與液體界面的雙電層性質(zhì)決定液體中離子的吸附過(guò)程與合金與液體界微空泡坍縮、潰滅過(guò)程是一個(gè)涉及力學(xué)、熱力面的電化學(xué)腐蝕過(guò)程,以及雙電層的結(jié)構(gòu)及吸附學(xué)、物理、化學(xué)等眾多學(xué)科的自然現(xiàn)象,雖然許多規(guī)性能取決于合金的化學(xué)組成與合金表面晶體結(jié)構(gòu)的律目前還不為人知,但利用其產(chǎn)生的特殊效應(yīng)可以結(jié)論。研究者對(duì)表面電子特性進(jìn)行了深入的研形成有效的關(guān)鍵技術(shù),并發(fā)展為新的研究領(lǐng)域。究,提出了表面電子態(tài)密度分布與雙電層特性以及1.聲化學(xué)界面腐蝕之間的關(guān)聯(lián)性18,使界面效應(yīng)在空蝕與聲化學(xué)是指在聲波作用下,加速化學(xué)反應(yīng)或者20010·6· China basic Science5國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)·綜述評(píng)述啟動(dòng)新的化學(xué)反應(yīng)通道的新的交叉學(xué)科。聲化學(xué)反子聚變,并在 Science發(fā)表了論文。 Teleyarkhan本人應(yīng)的主動(dòng)力來(lái)自聲空化所產(chǎn)生的徵微空泡坍縮、潰滅未能重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn),雖然他在2004年2和2006時(shí)形成的髙溫、高壓、微激波、微射流等極端物理?xiàng)l年2繼續(xù)發(fā)表論文,解釋實(shí)驗(yàn)的可靠性,但是這項(xiàng)實(shí)件。在聲化學(xué)領(lǐng)域,一般認(rèn)為微空泡潰滅提供的反驗(yàn)結(jié)果至今沒(méi)有被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為應(yīng)溫度大于5000K,提供的壓力大于2.03×10Pa。日前微空泡內(nèi)的能量聚集程度距滿足量子隧穿,實(shí)在聲化學(xué)領(lǐng)域,目前關(guān)心的核心問(wèn)題是:聲空化理現(xiàn)中子聚變大約還相差1-2個(gè)數(shù)量級(jí)論、聲致發(fā)光和自由基的產(chǎn)生,這些問(wèn)題原則上屬于常溫中子聚變硏究采用的是高溫等離子體的熱物理學(xué)和物理化學(xué)的研究范疇核聚變模式,普遍認(rèn)為只要出現(xiàn)和維持一定溫度以超聲化學(xué)一般可分為有機(jī)合成、超聲降解、超聲上的高溫等離子體狀態(tài),就可以滿足量子隧穿所需催化3個(gè)分支。在有機(jī)合成領(lǐng)域主要進(jìn)行空化條件條件,產(chǎn)生聚變并釋放高產(chǎn)額的中子。在微空泡內(nèi)下的均相、液/液多相、非金屬的有機(jī)固/液反應(yīng)、有部產(chǎn)生超高溫的局部條件,有可能形成高溫等離子金屬參與的多相反應(yīng)研究,其反應(yīng)速度比常態(tài)下要體, Suslick與 Stringham的研究為這一推測(cè)提供了依高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在超聲降解領(lǐng)域主要利用超聲空化據(jù)。 Suslick的研究明確了在潰滅瞬間,微空泡內(nèi)部效應(yīng)所帶來(lái)的高溫高壓條件,使幾乎任何污染物完物質(zhì)已經(jīng)形成了等離子態(tài)3。 Stringham明確提出了全氧化降解,具有不使污染物富集,不受有機(jī)物種類(lèi)空化聚變的概念,認(rèn)為界面物質(zhì)在自我加速過(guò)程中和品種的限制,以及低功耗、高效率、沒(méi)有二次污染拉動(dòng)其內(nèi)部的部分等離子體共同形成了等離子體射等優(yōu)點(diǎn)。在超聲催化領(lǐng)域,超聲獨(dú)特的能量導(dǎo)入效流。射流的組成中既包含離子,也包括電子。由應(yīng)能夠加快某些化學(xué)反應(yīng)的速度,提高化學(xué)反應(yīng)于射流中物質(zhì)的高速同相運(yùn)動(dòng),將導(dǎo)致在界面射流效率。形狀的中心產(chǎn)生一個(gè)真空的核,其外圍是高密度的2.超聲醫(yī)學(xué)等離子體。這樣,在微空泡潰滅瞬間構(gòu)成射流的初醫(yī)學(xué)超聲學(xué)涉及了從診斷到外科手術(shù)的極為廣始幾何形狀時(shí),實(shí)際上已經(jīng)處于磁約東的高溫等離泛的臨床應(yīng)用范圍。其中治療超聲是以低頻高能量子條件的形式作用于人體,通過(guò)微空泡坍縮與潰滅,使人體按照耗散結(jié)構(gòu)理論,發(fā)生熵減過(guò)程的自組織現(xiàn)組織發(fā)生某種有利于疾病治療或身體康復(fù)的變化象系統(tǒng)必須是開(kāi)放的,即必須從系統(tǒng)外有能量輸入,主要技術(shù)為高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療。同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)必須存在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性相互作高強(qiáng)度聚焦超聲治療已經(jīng)在許多領(lǐng)域成功應(yīng)用,并產(chǎn)生漲落觸發(fā)。對(duì)于一個(gè)動(dòng)態(tài)體系觸發(fā)其漲用。例如,已成功應(yīng)用于前列腺癌以及骨、胰腺、盆落,將推動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化而躍到新的穩(wěn)定有序腔、肝、乳腺、軟組織、腎等腫瘤的治療,療效明顯;在的耗散結(jié)構(gòu)狀態(tài)。因此,如果能夠進(jìn)一步集中導(dǎo)致眼科主要用于治療青光眼和白內(nèi)障;在婦科用于治空泡坍縮的能量,通過(guò)雙電層電荷密集加速微空泡療子宮肌瘤等。趨近壁面運(yùn)動(dòng),使空泡所受壓力與表面張力之間呈作為物理治療手段之一,高強(qiáng)度聚焦超聲治療非線性關(guān)系,則有希望達(dá)到提高微空泡內(nèi)溫度與壓技術(shù)正得到工程界和醫(yī)學(xué)界的關(guān)注,如果在物理機(jī)強(qiáng),并穩(wěn)定獲得具有一定產(chǎn)額中子的目的。理以及與生物效應(yīng)的耦合研究方面能獲得突破性進(jìn)展,完善治療設(shè)備關(guān)鍵技術(shù),可使我國(guó)在HIFU設(shè)備四、關(guān)于空化與空蝕研究的建議制造、臨床應(yīng)用方面步入世界前列。3.常溫中子聚變空化與空蝕描述的是空泡產(chǎn)生、坍縮、潰滅,直解決能源與排放問(wèn)題的重要途徑之一是發(fā)展可至形成微激波、微射流的瞬態(tài)過(guò)程,目前的硏究還無(wú)控核聚變,其中一個(gè)分支是常溫中子聚變。2002年法直接觀察這一變化過(guò)程,也無(wú)法測(cè)定空泡潰滅時(shí)美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家 Teleyarkhan201產(chǎn)生的高溫、高壓,以及空泡內(nèi)部的物質(zhì)變化,只能從氘代丙酮為介質(zhì),由脈沖中子發(fā)生器產(chǎn)生微空泡,通潰滅后對(duì)微區(qū)環(huán)境造成的影響來(lái)推斷空泡潰滅時(shí)的物過(guò)超聲波換能器注人能量,當(dāng)微空泡膨脹至1mm后理量變化,這給研究空化與空蝕現(xiàn)象帶來(lái)了很大的困坍縮。 Teleyarkhan認(rèn)為,他們檢測(cè)到了2.45MeV的難,需要發(fā)展高速、微觀、瞬時(shí)、動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)中子,并發(fā)現(xiàn)溶液中產(chǎn)生了額外的氚,認(rèn)定發(fā)生了中空化與空蝕過(guò)程涉及力學(xué)、熱力學(xué)、物理、化學(xué)20010·6· China basic Science6國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)·綜述評(píng)述和材料科學(xué)等眾多學(xué)科,有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性與耦合性tration on the electrical double laver characteristics at rough cadmi-從單一視角出發(fā)無(wú)法全面了解演變規(guī)律,難以獲得um electrodes. Electrochimica Acta, 2000, 46(2/3):185-191解決問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。正如僅從材料及表面力學(xué)性[17] Wang X C, Jia Y, Yao QK. The calculation of the surface energyof high-index surfaces in metals at zero temperature. Surface Sci-能出發(fā),無(wú)法獲得抑制空蝕損傷的關(guān)鍵技術(shù)一樣。ence,2004,551(3):179—1為此,需要組織多學(xué)科研究隊(duì)伍,從基礎(chǔ)研究層面深[18]李昱材,張國(guó)英.金屬電極電位與費(fèi)米能級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系.沈陽(yáng)人研究相關(guān)規(guī)律之間的耦合性,就空泡產(chǎn)生、坍縮師范大學(xué)學(xué)報(bào),2007,25(1):25-28潰滅,形成微激波、微射流的過(guò)程,以及與此過(guò)程相[19 Hautojravi P, Positrons in solids, Berlin: Springer 1979:378--340關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系給出明確的解釋。20] Taleyarkhan R P, West C D, Cho J S, et al. Evidence for nuclearons during acoustic cavitation. Science, 2002, 295( 5561常溫中子聚變等研究與空泡坍縮與潰滅過(guò)程密切相關(guān),也與多種物質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)的界面科學(xué)、非線性[21] Taleyarkhan R P, Cho JS, West C D, et al. Additional evidence of科學(xué)問(wèn)題密切相關(guān),描繪了一個(gè)極其誘人的研究前sions during acoustic cavitation. Physical Review E景,相關(guān)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)的獲得,將為科學(xué)技術(shù)2004,69(3):03610922]Taleyarkhan R P. West C D, Lahey RT, et al. Nuclear emissions與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國(guó)家安全做出重大貢獻(xiàn)。during self-nucleated acoustic cavitation. Physical Review Letter參考文獻(xiàn)D J. Suslick K S. Plasma formation and temperature1] Huang J T. Principle and Application of Cavitation and Cavitationmeasurement during sibble cavitation. Nature, 2005, 434Erosion. Beijing: Tsinghua Uinversity Press, 199152-552]段生孝,我國(guó)水輪機(jī)空蝕磨損破壞狀況與對(duì)策,大電機(jī)技術(shù),[24 Stringham Rand Fusion. In 10th International Confer-2001,(6):56-59ence on Cold2003. Cambridge, MA[3]劉志江,袁平.我國(guó)大型汽輪機(jī)葉片運(yùn)行狀況的研究和對(duì)策.中國(guó)電力,1999,32(10):61-—6Cavitation and Cavitation Erosion4 Matsumoto Y. Influence of homogeneous condensation inside a smallgas bubble on its pressurKey Laboratoryleering,1985,107(2):281-28600084[5 Rea A. Cavitation in fluid machinery and hydraulic structures. 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Plasma formation and temperatureIgh the relative study has been done for about a cen-measurement during single-bubble cavitation. Nature, 20ury. At the same time, extreme physical, chemical7029):52-55mechanical condition induced by bubble collapse, spe[Il]Stringham R. Cavitation and Fusion. 10th International Conferenceon Cold Fusion, 2003, Cambridge, MAcial physical and chemical status and transformation of12]古特曼.金屬力學(xué)化學(xué)腐蝕,北京:北京科技出版社,1989material in the extreme condition provide a new way for[13 Nikolai V. The Second International Symposim on Cavitation. Afurther study on natural laws. Finally, some key teclof this study and14]Zhao M, Wang J D, Chen DR. Positron annihilation study of thethey will make great contributions to national economymicro-defects induced by cavitation in mild steel. Physic A B-Con-densed matter,2008,403(17):2594—2596and safety, and bring benefits to human being15 Schmickler W. Electronic effects in the electric double layer.Keywords: cavitation; cavitation erosion; microwaveChel1996,96(8):3177-3200microjet; sonic chemistry; ultrasound in medicine[16]Lust EA, Influence of charge density and electrolyte concen-neutron fusion reaction20010·6· China Basic science7