每次发生火灾都需要很多水带,尤其是在大型火灾之后,水带的清洗工作就变得尤其繁重,但是以防万一,又不得不将水带进行清洗,再加上消防人员在救火工作中已经身心疲惫,再进行消防水带的清洗势必会增加消防人员额外的工作压力。传统水带清洗方式难以实现高效低损伤,且洁净程度高的清洗。而超声波清洗是国际公认为当前效率最高、效果最好的清洗方式,其清洗洁净度也极高。因而,消防水带的超声波清洗的研究具有重要意义。影响消防水带清洗效果受超声波声场的指向性影响,声场指向性是反应换能器向某一方向集中辐射超声波束的性质,它能直接反应声场中声波集中的程度和几何边界。指向性好坏紧密联系着超声波清洗,声波指向越集中,清洗效果越好。据此,本文主要研究内容如下:1)根据气泡动力学,对空化泡破裂的力学理论进行了推证分析,分析了声压幅值与空化泡半径的关系,幅值越高,空化泡的半径越大,破裂后产生的压力就越大。然后根据基尔霍夫积分定理,推导出换能器轴线上和轴线外声压分布的计算公式,进一步得出单个换能器和换能器阵的声场指向性表达式。根据其表达式可知影响换能器指向性的主要物理量是频率、排列方式和数量。2)以声压的分布来反映声场的指向性,利用COMSOL软件对频率、数量和排列方式进行仿真,确定每个因素对声压分布的影响情况。仿真发现频率越大时,声压分布范围越窄,声场指向性越集中;换能器交错排列时,声压分布更均匀;在槽体尺寸一定的情况下,换能器的数量不是越多越好,因此进一步对换能器的最优数量进行仿真,得到数量的一个最优值。3)选择超声波清洗实验装置,利用正交试验法对8型65衬胶水带的各项工艺参数进行优化设计,得出超声波清洗水带的优化工艺参数,优化值为换能器的频率为60kHz,换能器的数量为15个,换能器的排列方式为交错排列。