超聲作用引起重油黏度變化機理的相關研究對于超聲波技術在重油的勘探、開發及運輸等方面的應用具有重要的意義。研究人員大多基于超聲作用前后重油的黏度測量開展實驗，很少有學者對超聲作用過程中重油黏度的實時變化進行表征，而借助相關分析方法揭示黏度實時變化機理的研究則更少。
針對這一問題，聲學所超聲學實驗室博士生高金彪與其導師王秀明研究員等人選取黏度均一、成分簡單的機用潤滑油開展了前期的探索性實驗，并結合被動空化檢測法等對油樣黏度的實時變化機理進行了分析，以期為超聲作用過程中重油黏度實時變化機理的研究提供參考。相關研究成果2023年6月在線發表于國際學術期刊Ultrasonics Sonochemistry。
研究人員用便攜式黏度計對油樣的黏溫曲線進行測量，并對黏溫數據進行擬合；然后考察了在三種不同電功率條件下油樣的黏度隨超聲作用時間的實時變化情況，同時記錄了溫度和噪聲信號的變化；最后綜合對比黏度、溫度以及空化強度的實驗結果，揭示油樣黏度的實時變化機理。
實驗結果表明，隨著超聲作用時間的增長，不同電功率下油樣的黏度均會逐漸降低，油樣內部的溫度也會逐漸升高；將超聲作用對油樣黏度的影響與理論上（通過擬合方程及溫度變化計算的結果）僅加熱時的黏度變化對比可見差異。由空化噪聲分析結果可知，隨著超聲作用時間及電功率的變化，寬頻帶噪聲譜與頻率軸的積分面積均會發生變化，這意味著空化強度也發生了改變。綜合分析可得，超聲作用并非單一地通過熱效應對油樣的黏度產生影響，利用空化噪聲法及不同條件下黏度變化的差異證實了超聲作用過程中空化效應的存在。超聲通過空化、熱、機械效應共同作用于油樣，引起了油樣黏度的實時變化。
本研究得到國家自然科學基金（No.11904384）、中國科學院基礎前沿科學研究計劃從0到1原始創新項目（No.ZDBS-LY-SLH037）的資助。
圖1 實驗流程圖（圖/中國科學院聲學研究所）
圖2 換能器輸入電功率50W時：（1）黏度及溫度隨超聲作用時間的變化；（2）降黏率隨超聲作用時間的變化
?。▓D/中國科學院聲學研究所）
圖3 不同電功率條件下隨著超聲作用時間的增加寬頻帶噪聲譜積分面積的變化（圖/中國科學院聲學研究所）
關鍵詞：
超聲波；重油；黏度；實時測量；空化強度表征；機理
參考文獻：
Jinbiao Gao*, Xiaozhuo Shen, Xiaohai Mo, Pengfei Wu*, Chao Li, Weijun Lin, Xiuming Wang. Study on the real-time variation laws and mechanism of oil sample viscosity during ultrasonic irradiation. Ultrasonics Sonochemistry. 2023: 106460.
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