超聲清洗空化噪聲對大白鼠學(xué)習(xí)記憶影響的研究

超聲清洗空化噪聲對大白鼠學(xué)習(xí)記憶影響的研究

超聲波清洗機(jī)廣泛應(yīng)用于超聲波清洗設(shè)備。超聲波清洗是一種環(huán)保的洗滌方式,超聲空化在固體和液體界面所產(chǎn)生的高速微沖流能夠除去或削弱邊界污層,增加攪拌作用,加速可溶性污物的溶解,強(qiáng)化化學(xué)清洗劑的清洗作用,這樣就能減少化學(xué)清洗劑的用量,甚至可以不用化學(xué)清洗劑。其缺點(diǎn)是噪聲很大,大約有85dB以上,身處其中的人自是非常難受的。這就帶來了一種污染:噪聲污染。在消除一種污染的同時帶來另一種污染,其環(huán)保的稱號名不符實(shí)。這種噪聲是超聲空化帶來的,叫做空化噪聲。只要利用空化效應(yīng)來清洗,則空化噪聲基本上是不可避免的,它一定伴隨著空化效應(yīng)的發(fā)生而產(chǎn)生。為了降低空化噪聲,就需要對空化噪聲產(chǎn)生的原理進(jìn)行研究,從而在不影響空化清洗能力的前提下,找出一些降低空化噪聲對環(huán)境影響程度的方法。1影響聽力的因素吳迎春等在《超聲清洗空化噪聲對大白鼠學(xué)習(xí)記憶影響的研究》一文中的研究發(fā)現(xiàn),空化噪聲不但污染環(huán)境,而且對長期處于這種工作環(huán)境中的工作人員會引起健康狀況的下降、工作能力的降低等。眾所周知,當(dāng)噪聲達(dá)到一定強(qiáng)度就會對人的聽覺器官產(chǎn)生傷害,進(jìn)而使聽力下降。研究結(jié)果表明,一個人每天如果受到80dB以上噪聲的影響,久而久之,他的聽力就會明顯下降;人們?nèi)绻虝r間內(nèi)受到100～125dB噪聲的影響,耳朵會暫時變聾;如果受到150dB以上噪聲的短暫沖擊,耳朵會永遠(yuǎn)失去聽力。在當(dāng)今提倡以人為本的社會里,如此大的噪聲問題是必須加以解決的。2空化泡矯正的噪聲譜所謂超聲空化,是指液體在超聲波作用下產(chǎn)生大量的非穩(wěn)態(tài)的微小氣泡和空泡(直徑約50～500μm),這些氣泡和空泡隨超聲波的振動反復(fù)進(jìn)行生成、迅速變大、潰滅閉合的循環(huán)過程。潰滅閉合時會產(chǎn)生壓強(qiáng)高達(dá)幾百乃至幾千帕的微激波,因劇烈碰撞導(dǎo)致突然爆裂,使氣泡周圍產(chǎn)生上千個大氣壓,從而對附近的固壁面發(fā)生空蝕,同時輻射出強(qiáng)烈的空化噪聲,這種現(xiàn)象叫空化現(xiàn)象。目前對空化現(xiàn)象的研究較多。按研究對象來說,由單空泡研究到多空泡研究;由初期的大空泡潰滅研究,到小空泡潰滅研究。我國的研究人員還提出了雙空泡研究的方式等。很多科學(xué)家提出了在不同情況下空泡的運(yùn)動方程和聲輻射公式,而以單空泡研究最為重視。單空泡噪聲一般僅考慮它的體積脈動輻射的噪聲。聲輻射的基本公式為式中r-離單氣泡中心的距離;t-氣泡潰滅時開始后持續(xù)的時間;p(r,t)-距r遠(yuǎn)的點(diǎn)t時刻的聲壓值;ρ-液體的密度;R-氣泡的半徑;C∞-無窮遠(yuǎn)處的聲速值由(1)式可以得出在典型的空泡潰滅輻射中的聲壓與時間間的函數(shù)關(guān)系如圖1所示,通過Fourier變換得到的譜函數(shù)如圖所示從圖1可以看出空化噪聲主要是那些峰值,也就是在氣泡崩潰的瞬間產(chǎn)生的。三個峰值分別代表第一次、第二次、第三次崩潰時的空化噪聲的聲壓值。從圖2還可以看出,出現(xiàn)了某些頻率的峰值,表明空化噪聲主要集中在某幾個頻率上。如果將峰值頻率提高到人聽不到的頻率范圍(20KHz以上),噪聲自然就會減小。圖2潰滅輻射噪聲譜在對超聲波作用下的空化泡的運(yùn)動研究中,對于充氣空化泡的崩潰時間τ,有比較精確的表達(dá)式式中Pv-空化泡內(nèi)氣壓;Rm-空化泡的半徑;ρ-液體的密度;Ph-外壓力(環(huán)境壓力);Pm-半徑為Rm的空化泡開始崩潰的那一時刻的液體內(nèi)壓力。如果泡內(nèi)蒸汽壓可忽略(即Pv=0),則上式可簡化為由上式可知,增加外壓力將導(dǎo)致空化閥值增高和空化泡崩潰程度加劇。這是因?yàn)槿缭龃笸鈮毫?使聲波負(fù)壓峰值(-PA)小于Ph,則Ph-PA0,瞬態(tài)空化則不能發(fā)生;同時Ph增加,將導(dǎo)致τ減小,使得空化泡潰滅變得更快、更劇烈。簡單來說,空化噪聲是這樣產(chǎn)生的:超聲波在水中產(chǎn)生超聲空化,空化泡閉合時會產(chǎn)生基頻諧波(與超聲頻率f0一致)和分頻諧波(1/2f0,1/3f0,…),這些諧波疊加在一起就組成了空化噪聲,其中分頻諧波的頻率較低,有可能進(jìn)入人耳所能聽見的頻率范圍之內(nèi),成為噪聲的主要來源。超聲頻率越低,就有更多的分頻諧波能夠聽得見,從而噪聲就越大。3降低空化噪聲根據(jù)以上的理論分析結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn),可以得出一些降低空化噪聲對環(huán)境影響的措施。每一個因素都有其自身的作用,但它們之間又互相影響,綜合考慮才能真正解決問題。3.1超聲頻率的影響圖3、圖4就是在超聲波頻率不同,其他情況都相同時的空化噪聲譜。很明顯可以看出,頻率為27.1KHz的噪聲譜除了主頻很大以外,其他的分頻諧波都要小得多。也就是說空化噪聲的強(qiáng)度也會明顯降低。超聲頻率越高,其分頻諧波就能少一些進(jìn)入人耳,噪聲也會相應(yīng)減少。但是隨著超聲頻率的增高,空化過程會變得難以發(fā)生。當(dāng)頻率增高,則聲波膨脹時間變短,空化核來不及增長到可產(chǎn)生一定空化效應(yīng)的空化泡,即使空化泡形成、聲波的壓縮時間亦短,空化泡可能來不及發(fā)生崩潰。因此,頻率增高將使空化效應(yīng)變?nèi)酢榱嗽谳^高超聲頻率下產(chǎn)生空化,可以提高聲強(qiáng),即超聲空化的聲強(qiáng)閥值(使液體產(chǎn)生空化的最低聲強(qiáng)或聲壓幅值)將隨頻率的升高而升高。但是,高頻超聲在液體中的能量消耗快,這就要求我們提高功率,經(jīng)濟(jì)性因此會隨之降低。因此,為了獲得同樣的化學(xué)效應(yīng),對于高頻超聲需付出較大的能量消耗。超聲清洗機(jī)的頻率在10～30KHz之間,超聲洗衣機(jī)的頻率則相應(yīng)要高些,在30～44KHz之間。3.2超聲清洗機(jī)理超聲清洗工作頻率在1MHz左右甚至高達(dá)3MHz,有時被稱之為兆赫級超聲清洗。由于頻率太高,聲波在清洗液中很難發(fā)生空化,其清洗機(jī)理一般認(rèn)為主要由于聲壓梯度、粒子對于小間隙、狹縫、深孔的零件的清洗,而空化效應(yīng)是次要的。這種超聲清洗的特點(diǎn)是清洗方向性強(qiáng),清洗時一般將零件表面置于與聲束平行的方向。這樣噪聲的問題也就不存在了。但是沒有了空化反應(yīng),其洗滌能力怎樣,需要試驗(yàn)來證明。不過洗滌能力下降,可以用一些輔助的措施來解決:電解水洗滌、臭氧洗滌、物理洗滌等。這不失是一個可以深入研究的方向。3.3密閉洗滌劑容器在洗滌容器的底、端面和四周加裝吸聲附件,例如:玻璃絲綿等等。這種措施是有必要的,雖然會吸收一些超聲波,影響效率,但為了保護(hù)環(huán)境、保護(hù)人的身體健康,這點(diǎn)損失是可以接受的。把洗滌容器密閉起來以減少噪聲的傳出。這個措施的效果是不錯的,但有些洗滌容器不好密閉或是難以實(shí)現(xiàn),如波輪洗衣機(jī)等。若是不好密閉,可以在整個清洗機(jī)外面加上一個隔聲罩。洗滌容器的內(nèi)壁用聲音反射能力強(qiáng)的材料制成,讓聲音多次反彈后減弱,也可以減少噪聲的逸出。3.4聲強(qiáng)隨閥值變化的特性噪聲的大小是與聲強(qiáng)成正比的,減小了聲強(qiáng),必然就達(dá)到了減噪的目的。然而聲強(qiáng)是不能無限小的,它有個閥值(即產(chǎn)生空化的最小值)。如果聲強(qiáng)小于閥值則空化效應(yīng)不能產(chǎn)生。而且聲強(qiáng)在一定范圍內(nèi)與空化作用的激烈程度也成正比。聲強(qiáng)小,空化緩和,則超聲波的洗滌效率差,洗滌用時長,浪費(fèi)能源。于是我們要根據(jù)洗滌的對象不同,選擇一個最優(yōu)的聲強(qiáng)值。3.5空化泡有效質(zhì)量減小外壓力使空化崩潰所需的聲強(qiáng)閥值降低,達(dá)到降低噪聲的目的。但是首先空化泡崩潰的劇烈程度有所降低,從而使清洗的效果和效率降低;其次是要另外加一套減壓的裝置,而且密閉性也要達(dá)到一定程度才行,這將使整個清洗系統(tǒng)變得臃腫。4超聲清洗技術(shù)的應(yīng)用如今超聲波清洗技術(shù)得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。然而其帶來的空化噪聲