Uvod v ultrazvočno kavitacijo

Ultrazvočna kavitacija se nanaša na dinamični proces rasti in kolapsa kavitacijskih mehurčkov mikro plinskega jedra, ki obstajajo v tekočinah, ki vibrirajo pod delovanjem zvočnih valov in se pojavijo, ko zvočni tlak doseže določeno vrednost. Po treh korakih kavitacije nastajanje mehurčkov, rast in hud kolaps.
Ko se posoda, napolnjena s tekočino, dovaja v ultrazvočni čistilnik, se zaradi vibracij tekočine ustvari več deset tisoč drobnih mehurčkov, znanih kot kavitacijski mehurčki. Ti mehurčki rastejo v območju negativnega tlaka, ki nastane zaradi vzdolžnega širjenja ultrazvoka, in se hitro zaprejo v območju pozitivnega tlaka ter se tako stisnejo in raztegnejo pod izmenično pozitivnim in negativnim pritiskom. V trenutku, ko je mehurček stisnjen, dokler se ne zruši, se ustvari ogromen trenutni tlak, ki običajno doseže desetine do stotine megapaskalov.
Suslick et al. izmerili, da lahko kavitacija poveča temperaturo reakcijskega območja plinske faze na okoli 5200 K, efektivno temperaturo reakcijskega območja tekoče faze na okoli 1900 K in lokalni tlak na okoli 5,5O5 × 10 kPa, s spremembo temperature hitrostjo do 10. K/s, ki jo spremljajo močni udarni valovi in ​​mikro curki s hitrostjo do 400 km/h. Ta ogromen trenutni tlak lahko povzroči hitro poškodbo trdne površine, ki je suspendirana v tekočini.
Ultrazvočno kavitacijo običajno delimo na dve vrsti: kavitacijo v stanju dinamičnega ravnovesja in prehodno kavitacijo:
Kavitacija v stanju dinamičnega ravnovesja se nanaša na kavitacijske mehurčke, ki nastanejo pri nizki jakosti zvoka (običajno manj kot 10 w/cm), katerih velikost niha blizu ravnotežne velikosti, kar ustvarja cikle več ciklov. Ko se razširi, da postane njegova resonančna frekvenca enaka frekvenci zvočnih valov, pride do visokoenergetske povezave med zvočnim poljem in mehurčkom, kar povzroči znatno kavitacijo.
Prehodna kavitacija se nanaša na kavitacijske mehurčke s krajšo življenjsko dobo (ki se večinoma pojavijo v enem ciklu zvočnega valovanja), ki nastanejo pod vplivom velike jakosti zvoka (običajno več kot 1 W/cm).

笔记