功率超声已被广泛应用于清洗、萃取、乳化、化学合成及降解、污水处理等诸多领域,尤其在化学领域的应用近几年发展迅速。超声空化效应是声化学应用的主要原理,它是指液体中的气核在超声波压力作用下不断膨胀、收缩直至溃灭,在溃灭瞬间产生局部高温高压,并伴随强烈的冲击波和高速微射流。超声空化场主要通过超声反应器进行构建,因此超声反应器的优化设计对提升功率超声的应用效果至关重要。本文基于槽式超声反应器,优化了超声空化场的表征方法。实验方面,基于铝箔腐蚀法,借助MATLAB软件分析铝箔腐蚀图像,实现了超声空化场二维分布的可视化和腐蚀强度的量化;基于水听器测量,采用宽带集成声压（BIP）值来量化表征超声空化强度,形成一套实用有效的超声空化场的测量方法。数值模拟方面,提出了基于流-固耦合（FSI）谐响应分析的声场仿真策略。仿真与实验结果良好的一致性,表明该仿真方法可有效表征和预测超声空化活动,并可用于超声反应器的设计和优化。研究了声源方向对超声空化场的影响。采用ANSYS声场仿真模块和铝箔腐蚀实验系统分析了多向声源的超声空化场特性,结果表明通过优化声源方向能更有效地改善超声空化场的强度和分布;此外,本文通过五面声源激励,在反应器内获得了高强度高均匀性的超声空化场。进一步研究了液面高度对超声空化场的影响,研究发现高液位有助于形成稳定的驻波场,可显著提高空化强度,但同时也加剧了空化活动分布的不均匀性。基于液位影响规律,提出了一种在超声辐射过程中连续调节液位,改善声场均匀性的方法,并通过铝箔腐蚀实验进行验证。探究了气泡对超声空化场影响。借助COMSOL软件研究了气液两相流中气泡含量和气泡尺寸对声场强度和分布的影响。基于数值模拟结果,提出了利用气泡优化超声空化场的方向。本文借助优化的声场表征方法,系统地研究了声源方向、液面高度和气泡对空化场强度和分布的影响,研究结果对槽式超声反应器的设计和优化具有较强的指导意义。