Що таке ультразвукова кавітація?
Коли тиск звукової хвилі, що поширюється ультразвуковою вібрацією в рідині, досягає однієї атмосфери, піковий тиск ультразвукової хвилі може досягати вакууму або негативного тиску. Однак насправді негативного тиску не є, тому велика сила генерується в рідині, яка тягне молекули рідини у порожнечі. Ця порожнина дуже близька до вакууму, і вона розривається, коли ультразвуковий тиск досягає свого максимального зворотного напрямку. Сильний вплив, що генерується розривом, потрапляє на бруд на поверхні об'єкта. Явище ударної хвилі, що утворюється шляхом розриву незліченних малих пухирців кавітації, називається явищем "кавітації".
Коли ультразвукова енергія досить висока, крихітні бульбашки (ядра кавітації), що існують у рідині вібрації, ростуть і постійно збирають енергію акустичного поля під дією ультразвукового поля. Коли енергія досягає певного порогу, кавітаційні бульбашки руйнуються і швидко закриваються.
Життєвий тривалість кавітаційних бульбашок становить приблизно 0. 1 мк с. Коли вони швидко руйнуються, вони можуть вивільняти величезну енергію та генерувати мікрореживачки зі швидкістю близько 110 м/с і сильною силою впливу, що призводить до щільності зіткнення до 1,5 кг/см2. У момент швидкого колапсу, кавітаційні бульбашки генерують локальну високу температуру та тиск (5000 к, 1800 р.), Зі швидкістю охолодження до 109 к/с. Ефект кавітації ультразвуку значно збільшує швидкість гетерогенних реакцій, досягає рівномірного змішування між гетерогенними реагентами, прискорює дифузію реагентів та продуктів, сприяє утворенню нових твердих фаз і контролює розмір та розподіл частинок.
Додаткова інформація:
Коли ультразвук поширюється в середовищі, взаємодія між ультразвуком та середовищем спричиняє фізичні та хімічні зміни в середовищі, що призводить до ряду механічних, термічних, електромагнітних та хімічних ультразвукових ефектів, включаючи наступні чотири ефекти:
1. Механічні ефекти. Механічна дія УЗД може сприяти емульгуванню рідини, зрідження гелю та дисперсії твердого речовини. Коли стоячі хвилі утворюються в ультразвукових рідинних середовищах, крихітні частинки, суспендовані в конденсуванні рідини на вузлах через механічні сили, утворюючи періодичні скупчення в просторі.
Індукована поляризація та намагнітка, спричинена механічною дією ультразвукових хвиль під час розповсюдження в п'єзоелектричних та магнітостриктивних матеріалах (див. Діелектричну фізику та магнітострикцію).
2. Ефект кавітації. Ультразвукові хвилі можуть генерувати велику кількість невеликих бульбашок при застосуванні до рідин. Однією з причин є те, що в рідині виникає місцевий стрес на розтяг, утворюючи негативний тиск. Зниження тиску призводить до того, що газ, спочатку розчинений у рідині, стане перенісним і виходить з рідини, стаючи невеликими бульбашками.
Ще одна причина полягає в тому, що сильний стрес на розрив розриває рідину в порожнину, відому як кавітацію. Порожнина містить рідку пару або інший газ, розчинений у рідині, і навіть може бути вакуумом. Невеликі бульбашки, утворені кавітацією, будуть постійно рухатися, рости або раптом лопнутись з вібрацією навколишнього середовища.
3. Тепловий ефект. Через високу частоту та енергію ультразвуку він може виробляти значні теплові ефекти при поглинанні середовищем.
4. Хімічні ефекти. Дія УЗД може сприяти або прискорити певні хімічні реакції. Наприклад, чиста дистильована вода виробляє перекис водню після ультразвукової обробки; Азотна кислота виробляється після ультразвукової обробки води, що містить азот; Водний розчин барвника змінить колір або зникне після ультразвукового лікування.
