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第 & 期

纸和造纸

作者简介：王志杰 ! "#$# % & ，男，陕西科技大学造纸工程学院教授，主要研究方向：造纸用纤维性能的研究，联系电话：’#"’ % ($)#)"*，

+,-./：0-12345 6768 % 9:7; 198。

摘要：介绍了超声波技术、作用原理及其在造纸工业中的应用情况。主要介绍

了超声波技术在纤维预处理、废纸脱墨及废水处理方面的研究现状。

关键词：超声波；预处理；脱墨；废水处理

中图分类号：<=)(

文献标识码：>

文献编号：

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王志杰，杜

敏

! 陕西科技大学造纸工程学院，

陕西咸阳 )"*’A" &

超声波技术及其

在造纸工业中的应用

&

超声波简介

超 声 波 是 指 频 率 大 于 * B

"’

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C3 ! 比 人 耳 所 能 听 到 的 频 率

范围更高 & 的声波。

超 声 波 按 其 用 途 可 分 为 两

大类，一类是大功率超声或简称

功率超声，它是利用超声的能量

来改变材料的某些状态，为此，

需 要 产 生 相 当大 或 比 较 大 能 量

的超声波，最常用的频率范围是

从几千赫到几十千赫，而功率由

几瓦到几万瓦。第二类是检测超

声，利用它来采集信息，特别是

材料内部的信息，它几乎能穿透

任何材料，特别是对某些其他辐

射能量不能穿透的材料，超声更

显示出这方面的优越性。超声波

与 可 闻 声 波 相比 具 有 明 显 的 优

点

D " E

：! " & 超声波具有较好的指

向 性 ——

— 频 率 越 高 ， 指 向 性 越

强；! * & 频率高时，相应地波长将

变短，因而波长可与传播超声波

的试样材料的尺寸相比拟，甚至

波长可远小于试样材料的尺寸；

! ( & 超声波用起来很安静，人们

听不到它。

超 声 处 理 是 通 过 超 声 对 物

质 的 作 用 而 来改 变 或 加 速 改 变

物质的一些物理、

化学、

生物特性

或状态的技术。超声波不仅可以

改善反应条件，加快反应速度和

提高反应产率，还能使一些难以

进行的化学反应得以实现。利用

超声进行加工、

清洗、

焊接、

乳化、

粉碎、

脱气、

促进化学反应、

医疗，

以及种子处理等，已经广泛地应

用于工业、

农业、

医学卫生等各个

部门，

并还在继续发展。

#

超声波作用原理

功 率 超 声 是 利 用 超 声 振 动

形式的能量使物质的一些物理、

化 学 和 生 物 特性 或 状 态 发 生 改

变 ， 或 者 使 这种 改 变 的 过 程 加

快。强超声在媒质中传播时，会

产生一系列效应，如力学效应、

热学效应、化学效应和生物效应

等，这些效应能改变物质的性能

或状态，起因于以下的一些基本

作用

D * E

：! " & 线性的交变振动作

用；! * & 大振幅声波在媒质中传

播 时 会 形 成 锯 齿 形 波 面 的 周 期

性激波，在波面处造成很大压强

梯度，因而能产生局部高温高压

等一系列效应；! ( & 振动的非线

性会引起一些直流定向力，其中

最主要的是辐射力，此外还会在

粒 子 间 引 起 相 互 靠 近 的

F9G1H7//. 力；!@ & 空化作用。当液

体 中 有 强 度 超 过 该 液 体 的 空 化

阈 ! 使液体空化的最低声强或声

压幅值 & 的超声传播时，液体内

会产生大量的气泡，小气泡将随

着超声振动而逐渐生长和增大，

然后又突然破灭和分裂，分裂后

的气泡又连续生长和破灭，这种

现象称之为空化。这些小气泡急

速 崩 溃 时 在 气 泡 内 产 生 了 高 温

高压，并且由于气泡周围的液体

高速冲入气泡，而在气泡附近的

液体中产生了强烈的局部激波，

也形成了局部的高温高压，从而

产生了超声的清洗、粉碎、乳化、

分散、促进化学反应等一系列的

作用，同时还伴有强烈的空化噪

声和声致发光。在液体中进行超

声 处 理 时 ， 大 多 与 空 化 作 用 有

关。

超 声 检 测 技 术 是 利 用 超 声

来 进 行 各 种 检 验 和 测 量 的 技

术。它是利用待测的与介质特性

和状态有关的非声学量 ! 如液体

的密度、浓度、粘度、流量、应力

以及温度等 & 与某些描述介质声

学特性的超声量 ! 如声速、衰减、

知 识 之 窗