Introduzione alla cavitazione ultrasonica

La cavitazione ultrasonica si riferisce al processo dinamico di crescita e collasso delle bolle di cavitazione di micro nuclei di gas esistenti nei liquidi, che vibrano sotto l'azione delle onde sonore e si verificano quando la pressione sonora raggiunge un certo valore. Dopo tre fasi di formazione di bolle di cavitazione, crescita e grave collasso.
Quando un contenitore pieno di liquido viene immesso in un pulitore a ultrasuoni, a causa della vibrazione del liquido vengono generate decine di migliaia di minuscole bolle, note come bolle di cavitazione. Queste bolle crescono nella zona di pressione negativa formata dalla propagazione longitudinale degli ultrasuoni e si chiudono rapidamente nella zona di pressione positiva, venendo così compresse e stirate sotto l'alternanza di pressioni positive e negative. Nel momento in cui una bolla viene compressa fino a collassare, viene generata un'enorme pressione istantanea, che tipicamente raggiunge da decine a centinaia di megapascal.
Suslick et al. ha misurato che la cavitazione può aumentare la temperatura della zona di reazione in fase gassosa a circa 5200 K, la temperatura effettiva della zona di reazione in fase liquida a circa 1900 K e la pressione locale a circa 5,5O5 × 10 kPa, con una variazione di temperatura velocità fino a 10. K/s, accompagnata da forti onde d'urto e micro getti con velocità fino a 400 km/h. Questa enorme pressione istantanea può causare un rapido danno alla superficie solida sospesa nel liquido.
La cavitazione ultrasonica è solitamente divisa in due tipi: cavitazione in stato stazionario e cavitazione transitoria:
La cavitazione allo stato stazionario si riferisce alle bolle di cavitazione generate a bassa intensità sonora (generalmente inferiore a 10 w/cm), la cui dimensione oscilla vicino alla sua dimensione di equilibrio, generando cicli di più cicli. Quando viene espanso per rendere la sua frequenza di risonanza uguale alla frequenza delle onde sonore, si verifica un accoppiamento ad alta energia tra il campo sonoro e la bolla, con conseguente notevole cavitazione.
La cavitazione transitoria si riferisce a bolle di cavitazione con una durata di vita più breve (che si verificano principalmente all'interno di un ciclo di onde sonore) generate sotto l'azione di una grande intensità sonora (generalmente superiore a 1 W/cm).

笔记