Šta je ultrazvučno kavitacija?
Kada se pritisak zvučnog vala širi ultrazvučnim vibracijama u tečnosti dostiže jednu atmosferu, vršni pritisak ultrazvučnog vala može doći do vakuuma ili negativnog pritiska. Međutim, u stvarnosti ne postoji negativni pritisak, tako da se u tečnosti stvara velika sila koja tekuće molekule vuče u praznine. Ova šupljina je vrlo blizu vakuuma, a puknula kada ultrazvučni pritisak dostigne maksimalni preokreti smjer. Snažan utjecaj koji je generiran rupturama pogodi prljavštinu na površini objekta. Fenomen udarnog vala generiran rupturom bezbrojnih manjih kavitacijskih mjehurića naziva se "kavitacija" fenomen.
Kada je ultrazvučna energija dovoljno visoka, sitni mjehurići (kavitacijski jezgra) koji postoje u tečnom vibriranju, rastu i kontinuirano sakupljaju akustičnu energiju polja pod djelovanjem ultrazvučnog polja. Kad energija dostigne određeni prag, kavitacijski mjehurići se sruši i brzo zatvaraju.
Životni vijek kavitacijskih mjehurića je otprilike 0. 1 μ s. Kada se brzo sakupe, mogu osloboditi ogromnu energiju i generirati mikro mlaznice brzinom od oko 110m / s i snažne udarne snage, što rezultira gustoćom sudara do 1,5 kg / cm2. U trenutku brzog kolapsa, kavitacijski mjehurići stvaraju lokalnu visoku temperaturu i pritisak (5000k, 1800atim), sa stopom hlađenja do 109k / s. Kavitacijski učinak ultrazvuka uvelike povećava stopu heterogenih reakcija, postiže jednoliko mešanje između heterogenih reaktanata, ubrzava difuziju reaktanata i proizvoda, promovira formiranje čvrstih novih faza i kontrolira veličinu i distribuciju čestica.
Dodatne informacije:
Kada ultrazvuk širi u mediju, interakcija između ultrazvuka i srednjeg uzrokuje fizičke i hemijske promjene u mediju, što rezultira nizom mehaničkih, termičkih, elektromagnetskih i hemijskih ultrazvučnih efekata, uključujući sljedeća četiri efekta:
1. Mehanički efekti. Mehanička akcija ultrazvuka može promovirati emulgiranje tečnosti, ukapljivanje gela i disperzije čvrstog. Kada se stojeći talasi formiraju u ultrazvučnim tekućim medijima, sićušne čestice suspendirane u tekućinskom kondenzu na čvorovima zbog mehaničkih sila, čime se formiraju periodične akumulacije u prostoru.
Izađena polarizacija i magnetizacija uzrokovana mehaničkim djelovanjem ultrazvučnih valova tijekom širenja u piezoelektričnim i magnetozivnim materijalima (vidi dielektričnu fiziku i magnetoznju).
2. Efekat kavitacije. Ultrazvučni talasi mogu generirati veliki broj malih mjehurića kada se nanese na tečnosti. Jedan od razloga je taj što se lokalni zatezni stres pojavi unutar tečnosti, formirajući negativan pritisak. Smanjenje tlaka uzrokuje da se plin izvorno otopi u tečnosti da se preinače i pobjegne iz tečnosti, postajući mali mjehurići.
Drugi razlog je taj što snažni zatezni stres razdvaja tečnost u šupljinu, poznatu kao kavitaciju. Šupljina sadrži tekuću paru ili neki drugi plin koji se otopi u tečnosti i može čak biti vakuum. Mali mjehurići koji se formiraju kavitacijom neprekidno će se premještati, rastu ili iznenada puknuti vibracijom okolnog medija.
3 Toplinski efekat. Zbog visoke frekvencije i energije ultrazvuka, može proizvesti značajne toplotne efekte kada se apsorbira medij.
4. Hemijski efekti. Radnja ultrazvuka može promovirati ili ubrzati određene hemijske reakcije. Na primjer, čista destilirana voda proizvodi hidrogen peroksid nakon ultrazvučnog tretmana; Dušična kiselina se proizvodi nakon ultrazvučnog tretmana vode koja sadrži azotni plin; Vodena otopina boja promijenit će boju ili blijedi nakon ultrazvučnog tretmana.
