Акустична кавітація

Диво - Раціональність - Наука - Духовність

Ж ЗНИЙ ШЛЯХ- це шлях дослідника, який осягає таємниці світобудови

Наш сайт доступний

52 мовами

Кавітацією називається явище утворення рідини порожнин заповнених газом, парою чи його сумішшю (кавітаційні бульбашки чи каверни). Кавітаційні бульбашки утворюються в тих місцях, де тиск в рідині стає нижче критичного значення Р cr (у реальній рідкості Р cr приблизно дорівнює тиску насиченої пари цієї рідини при даній температурі).

Акустична кавітація, на відміну гідродинамічної (обумовленої зниженням тиску внаслідок великих локальних значень швидкості в потоці рідини, що рухається), виникає при проходженні звукових хвиль високої інтенсивності і амплітуди звукового тиску, що перевищує деяку порогову величину. Кавітаційні бульбашки виникають під час напівперіоду розрідження на так званих кавітаційних зародках, якими найчастіше є газові включення, що містяться в рідині і на поверхні акустичного випромінювача, що коливається.

Тому кавітаційний поріг підвищується в міру зниження вмісту газу в рідині, при збільшенні гідростатичного тиску, після обтиснення газу в рідині (

10 8 Па) гідростатичним тиском та при охолодженні рідини, а крім того, при збільшенні частоти звуку та при скороченні тривалості озвучування.

Поріг для акустичної хвилі, що біжить, вищий, ніж для стоячої. Пухирці захлопуються під час напівперіодів стиснення, створюючи короткочасні (тривалістю

10 -6 с) імпульси тиску (до 10 8 Па і вище), здатні зруйнувати навіть міцні матеріали. Така руйнація має місце на поверхні потужнихакустичних випромінювачів, що працюють у рідині.

При температурі рідини, близької до точки кипіння, домінуючий внесок у утворення бульбашок вносить випаровування рідини; такі процеси спостерігаються, наприклад, у разі виникнення кавітації в кріогенних рідинах.

Звукове поле рідини, що викликає кавітацію, зазвичай неоднорідне по простору. Це призводить до того, що поряд з пульсаціями, бульбашка рухається поступально. У стоячій ультразвуковій хвилі напрямок руху бульбашки залежить від співвідношення між його радіусом R різь бульбашки, частота власних коливань якого збігається з частотою ультразвукової хвилі. При розмірі бульбашки менше резонансного (R res ) бульбашки пульсують у фазі з коливаннями тиску і мігрують до пучності тиску, а при (R>R res ) бульбашки переміщаються до вузлів тиску.

Швидкість n поступальних (трансляційних) рухів бульбашок радіусу R 0 при гідростатичному тиску Р 0 , що знаходяться в ультразвуковому полі зі звуковим тиском Р а дорівнює:

,

де h – коефіцієнт кінематичної в'язкості рідини;

s – коефіцієнт поверхневого натягу;

х i - просторова координата (i = 1,2,3 ...).

Трансляційний рух бульбашок є причиною коагуляційного механізму зростання каверн. Наприклад, кавітаційна каверна у фокусі ультразвукового концентратора може утворитися в результаті коагуляції (тобто з'єднання разом) рухомих доцентрових бульбашок. Одночасно з цим з фокальної області можуть викидатися бульбашки, розміри яких перевищують резонансний, утворюючи часто спостерігаються флуктуючі віялом ("розвіваються") потоки бульбашок.

Кількісно момент виникнення кавітації та ступінь її розвитку характеризують числом кавітації:

де P s - тиск насиченої пари;

P a – амплітуда звукового тиску;

P 0 – гідростатичний тиск, тобто. амплітудою зниження тиску рідини.

Залежність критичного звукового тиску від газоутримання рідини

Залежність критичного звукового тиску частоти звукових коливань

Час ініціації (log t o від 0 до 1);

час існування (log t c від 0 до 5);

Час деградації (log t d від -1 до 0);

Час оптимального прояву (log t k від 1 до 4).

Технічні реалізації ефекту

Технічна реалізація ефекту

Акустичну кавітацію легко спостерігати у звичайній лабораторній ультразвуковій ванні при збільшенні потужності ультразвуку або нагріванні води.

Акустична кавітація загалом є паразитним ефектом, який, наприклад, руйнує робочі поверхні підводних ультразвукових випромінювачів (сонарів та ін.). Однак в окремих випадках він знаходить застосування, наприклад, при ультразвуковій очистці.

1. Ультразвук / За ред. І.П. Голямін. - М.: Радянська Енциклопедія, 1979.

2. Бреховських Л.М., Гончаров В.В. Введення в механіку суцільних середовищ. - М.: Наука, 1982.

• акустичні коливання
• ультразвук
• звуковий тиск
• гідростатичний тиск
• кипіння
• кавітація
• бульбашки

Розділи природничих наук:

	Акустика
	Механічні коливання та хвилі
	Реальні гази
	Фазові переходи

Використовуються у науково-технічних ефектах:

Повна назва/ (Коротка назва)

Отриманняаерозолю з рідини за допомогою акустичних коливань звукового або ультразвукового діапазону (Акустичне розпилення)

Повна назва/ (Коротка назва)

Використані в науково-технічних ефектах спільно з цим ефектом природничі ефекти:

Повна назва/ (Коротка назва)

1		Змінна частина тиску, що виникає в середовищі при проходженні звукової хвилі
1		Перехід однієї із взаємно нерозчинних рідин у дисперсний стан у середовищі іншої під дією акустичних коливань (Емульгування ультразвукове)

Повна назва/ (Коротка назва)

Використовуються в галузях техніки та економіки:

---