Wprowadzenie do kawitacji ultradźwiękowej

Kawitacja ultradźwiękowa odnosi się do dynamicznego procesu wzrostu i zapadania się mikropęcherzyków kawitacyjnych jąder gazowych występujących w cieczach, które wibrują pod wpływem fal dźwiękowych i występują, gdy ciśnienie akustyczne osiąga określoną wartość. Po trzech etapach tworzenia się pęcherzyków kawitacyjnych, wzrostu i poważnego załamania.
Kiedy pojemnik wypełniony cieczą jest wprowadzany do myjki ultradźwiękowej, w wyniku wibracji cieczy powstają dziesiątki tysięcy maleńkich pęcherzyków, zwanych pęcherzykami kawitacyjnymi. Pęcherzyki te rosną w strefie podciśnienia utworzonej przez wzdłużną propagację ultradźwięków i szybko zamykają się w strefie nadciśnienia, w ten sposób ulegając ściskaniu i rozciąganiu pod naprzemiennym ciśnieniem dodatnim i ujemnym. W momencie, gdy bańka jest ściśnięta aż do zapadnięcia się, generowane jest natychmiastowe ogromne ciśnienie, zwykle sięgające dziesiątek do setek megapaskali.
Suslick i in. zmierzyli, że kawitacja może zwiększyć temperaturę strefy reakcji w fazie gazowej do około 5200 K, efektywną temperaturę strefy reakcji w fazie ciekłej do około 1900 K, a ciśnienie lokalne do około 5,5 O5 × 10 kPa, przy zmianie temperatury prędkości do 10. K/s, którym towarzyszą silne fale uderzeniowe i mikroodrzutowe o prędkości dochodzącej do 400 km/h. To ogromne chwilowe ciśnienie może spowodować szybkie uszkodzenie stałej powierzchni zawieszonej w cieczy.
Kawitację ultradźwiękową dzieli się zwykle na dwa typy: kawitację w stanie ustalonym i kawitację przejściową:
Kawitacja w stanie ustalonym odnosi się do pęcherzyków kawitacyjnych generowanych przy niskim natężeniu dźwięku (zwykle poniżej 10 w/cm), których rozmiar oscyluje w pobliżu rozmiaru równowagi, generując cykle kilku cykli. Kiedy jest rozszerzany, aby jego częstotliwość rezonansowa była równa częstotliwości fal dźwiękowych, dochodzi do wysokoenergetycznego sprzężenia między polem dźwiękowym a bańką, co powoduje znaczną kawitację.
Kawitacja przejściowa odnosi się do pęcherzyków kawitacyjnych o krótszej żywotności (występujących najczęściej w ciągu jednego cyklu fali dźwiękowej) generowanych pod działaniem dużego natężenia dźwięku (zwykle powyżej 1 W/cm).

笔记