Акустична кавитация
АКУСТИЧНА КАВИТАЦИЯ, възникване в течност на мехурчета, пълни с газ, пари и / или тяхна смес, под действието на акустични вълни. Кавитационни мехурчета (BC) се образуват в течност във фазата на разреждане на акустична вълна, ако амплитудата на звуковото налягане надвиши определена критична стойност, наречена праг на кавитация. Прекъсването по време на акустичната кавитация е възможно само в напълно дегазирани, пречистени течности и при много висок интензитет на ултразвук. Много по-вероятно е нарастването на вече съществуващи микромехурчета и други нехомогенности в течността - така наречените кавитационни ядра. Поведението на CP се характеризира с пулсация, трептене, нарастване, разцепване и т.н. В акустични полета с ултразвукови честоти CP са много малки (10 -1 -10 -4 cm); в мощни акустични полета с ниски честоти (10-200 Hz), размерът на CP може да достигне 1-2 cm.
След включване на полето Y3 броят на КП се увеличава и за части от секундата се установява стационарен процес на многомехурчеста кавитация с постоянен брой мехурчета (т.нар. развита кавитация). В този случай мехурчетата се деформират, смачкват, групират с образуването на области със сложна, променлива форма. Такива "кавитационни облаци" в близост до повърхностите на излъчвателите ограничават интензивността на тяхното излъчване. В кавитационното поле възникват мощни хидродинамични смущения: образуват се микропотоци, които предизвикват интензивно смесване на течността; във фазата на компресия възникват микроударни вълни, които могат да разрушат много здрави материали.
Топлинната теория за явленията на кавитацията е широко разпространена, според която CV пулсира, засмуква определено количество газ и след това се срутва. Когато CP се компресира при висока скорост, възниква локално нагряване до високи температури; такаПо този начин могат да бъдат обяснени много физикохимични явления, причинени от акустична кавитация. Проучванията обаче показват, че в кавитационно поле с множество мехурчета взаимодействието и деформацията на CS, както и тяхното транслационно движение, играят значителна роля. Като се вземат предвид тези ефекти, максималната достижима температура в реалните CVs не надвишава 700°C, т.е. тя се оказва значително по-ниска от изискваната от термичната теория. Термичната теория не може да обясни много експериментални факти: звукова луминесценция и сонохимични реакции при ниски интензитети на ултразвук (от порядъка на 10 -3 W/cm2), звукова луминесценция в много вискозни течности и в полимери в момента на тяхното топене и др.
Теорията за локалната електризация е най-приемлива за разбиране на природата на сонолуминесценцията и сонохимичните реакции. Според тази теория пулсацията на мехурчетата води до тяхното нарастване, деформация и разцепване. В течността на границата с мехурчето се образува двоен електрически слой, в резултат на "отмиването" на дифузната част на който възниква некомпенсиран електрически заряд. Когато се достигне критичната сила на електрическото поле, възниква електрически пробив вътре в мехурчето, което обяснява сонолуминесценцията и сонохимичните реакции в „студения“ CP.
В края на 20 век при симетрична стояща вълна в дегазирана течност е открита появата на едномехурчеста акустична кавитация, при която за разлика от конвенционалната многомехурчеста акустична кавитация се достигат по-високи температури. В тази връзка се провеждат проучвания, насочени към създаване на ултразвукова термоядрена инсталация.
Акустичната кавитация и свързаните с нея физични и химични явления се използват широко в различни технологични процеси с цел диспергиране на твърди вещества.тела, дегазиране на течности, емулгиране на несмесващи се течности, иницииране и ускоряване на химични реакции и др. Особено разпространено е използването на акустична кавитация за почистване на повърхностите на детайли, за ултразвуково запояване и заваряване. Акустичната кавитация се използва в биологията и медицината за неутрализация и стерилизация на течности, освобождаване на биологично активни вещества от растителни клетки, както и при хирургични операции с използване на фокусиращи U3 преобразуватели.
Лит.: Перник АД Проблеми на кавитацията. 2-ро изд. Л., 1966; Физика и технология на ултразвука с висока мощност / Под редакцията на L. D. Rozenberg. М., 1968. Книга. 2: Мощни ултразвукови полета; Margulis M.A. Звукови химични реакции и сонолуминесценция. М., 1986; Young F. R. Кавитация. L.; N.Y., 1989.