Акустическая кавитация (см. Кавитация)

Акустическая кавитация (см. Кавитация) [c.681]

ПОНДЕРОМОТОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ АКУСТИЧЕСКОГО НОЛЯ — механич. действие на препятствия в акустич. поле. П. д. а. п. проявляется в действии па мембрану микрофона, в явлениях коагуляции (см. Коагуляция акустическая), диспергирования, кавитации (см. Кавитация акустическая) и др. [c.172]

Заметим, что, кроме искажения формы волны, имеются и другие причины, которые приводят к повышению поглощения ультразвука с увеличением его интенсивности. К этим причинам относятся потери энергии на образование и поддержание акустического течения. Кроме того, возникновение ультразвуковой кавитации (см. ниже) Также про- [c.398]

Остановимся теперь на вопросе о зародышах кавитации. Чистая жидкость имеет порог кавитации (теоретически [42]) 10 Па. Зародыши в ней могут возникать только вследствие гетерофазных флуктуаций. Но реально кавитационная прочность жидкостей, в том числе и воды, редко превышает 10 Па, что означает, что в жидкости присутствуют достаточно крупные стабильные пузырьки газа. Общепринятой гипотезой, объясняющей их возникновение и длительное существование, является следующая. В очищенной воде, дегазированной и профильтрованной, количество пузырьков ничтожно мало, и ее прочность может достигать около 3-10 Па [33]. Под действием космического излучения молекулы воды распадаются, образуя водород и кислород, которые растворяются в воде. Через некоторое время их концентрация возрастает до такой степени, что из-за флуктуаций могут образоваться пузырьки размерами 2 10 см. На поверхность этих пузырьков попадают молекулы поверхностно активных веществ, которые всегда, хотя и в малом количестве, присутствуют в жидкости. Мономолекулярный слой таких веществ на поверхности пузырька полностью останавливает диффузию газа из пузырька в жидкость, и даже в жидкости, где концентрация растворенного газа намного меньше насыщенной, такой пузырек будет жить длительное время. Броуновское движение пузырьков приводит к их столкновению и слиянию. Таким образом, возникают более крупные пузырьки, которые и обусловливают реальную кавитационную прочность жидкости. Зародышами кавитации могут служить и твердые несмачиваемые частички, а также газовые включения в трещинах и порах твердых поверхностей. В некоторых жидкостях, например в жидком гелии и водороде, зародышами кавитации являются паровые пузырьки, возникающие либо на теплых поверхностях вследствие локального вскипания, либо на треках пролета ионизующих частиц космического излучения. Это открывает возможности применить акустическую кавитацию для регистрации ионизующего излучения [29]. [c.159]

Результаты визуальных наблюдений за кавитацией и фотосъемки обобщены на рис. 7-49, из которого, в частности, видно, что с увеличением количества воздуха в воде увеличивается параметр кавитации, соответствующий ее возникновению. Акустические спектры при отсутствии и наличии кавитации для различного содержания в воде воздуха приведены соответственно на рис. 7-50 и 7-51. Получены они с помощью датчика из титаната бария с диаметром диска 7,5 см, погружаемого в воду в контейнере, устанавливаемом на верхнее окно рабочей секции трубы. Как видно, четкой закономерности и значительного влияния количества воздуха на спектр издаваемого щума не обнаружено в большом диапазоне не слишком высоких частот, если не считать самой правой части графиков с частотами, доходящими до 10 тыс. гц, где влияние воздуха становится более ощутимым. Интересно, что оно здесь проявилось различно для бескавитационного и кавитационного режимов. Следует отметить, что регистрируемые в исследованиях. частоты были небольшими (до 10 тыс. гц) и не достигали области, обычно характерной и интересной для кавитационных процессов (больше 20 тыс. гц). Очевидно, что вопрос о влиянии содержания воздуха на акустический спектр в данной работе исследован недостаточно. [c.182]

Описанные излучатели позволяют получать интенсивности порядка тысячи ватт на квадратный сантиметр. При этом в центре фокального пятна, если отсутствует кавитация, развиваются звуковые давления с амплитудой 50—60 атм. Несмотря на внушительность этих цифр, они еще очень далеки от предельных. Критерием здесь может быть акустическое число Маха, соотношение между колебательной скоростью и скоростью распространения звуковых волн с, равной для воды 1,5-10 см сек. Элементарный подсчет, выполненный по формуле (9а), показывает, что для угла раскрытия, близкого к я/2 (это, как было показано выше, соответствует максимуму усиления по интенсивности), можно написать [c.192]

Полная акустическая мощность, излучаемая оболочкой, была измерена при помощи радиометра, плоский диск которого помещался на 1,6 см ниже фокальной плоскости, где при полной мощности кавитация еще не возникает, Для контроля измерения производились как диском с поглощающей поверхностью, так и диском с отражающей поверхностью. Результаты измерений показаны на рис. 47, где по оси абсцисс отложен квадрат напряжения в киловольтах, подводимого к кварцевым пластинам черные кружки — поглощающая поверхность, светлые — отражающая. Все точки удовлетворительно укладываются на прямую линию. Однако для получения абсолютного значения мощности нужно внести еще поправку на сферичность сходящегося фронта как видно из снимка, полученного методом Теплера (рис. 46), на расстоянии пяти длин волн, что соответствует 1,6 см, фронт еще полностью сохраняет свою сферическую форму. Плоский диск измеряет лишь нормальную компоненту, которая, как это следует из фор- [c.196]

Процесс образования пузырьков при кавитации является конечным во времени. При увеличении частоты колебаний время, соответствующее отрицательным полупериодам акустического давления, уменьшается. Это приводит к тому, что для создания кавитации требуется гораздо большее значение звукового давления. На рис. 3.22 даны графики значений порога кавитации на поверхности пресной воды в зависимости от частоты, из которых видно его быстрое увеличение на частотах более 10 кГц. На частоте 30 кГц среднее значение порога кавитации составляет примерно 1 Вт/см . Однако следует от.метить широкий диапазон разброса приведенных средних значений. Он является следствием изменений параметров морской воды из-за наличия растворенных газов и воздушных пузырьков, применения различных критериев оценки результатов измерений и методов исследований. [c.88]

Как уже неоднократно упоминалось (см., например, части III и V настоящей книги), потери энергии, связанные с образованием кавитации, как и любые другие потери, приводят к уменьшению количества движения и тем самым являются причиной возникновения акустических течений эккартовского типа. Пользуясь материалами настоящей главы, в частности 2, можно рассчитать скорость такого течения и сравнить ее с экспериментальными измерениями [46]. [c.264]

Очистка при повышенном статическом давлении. Как было показано в гл. 2, повышение статического давления при одновременном повышении удельной акустической мощности позволяет весьма существенно усилить кавитационные эффекты. Ввиду того, что удельную мощность приходится доводить до 20—25 вт/см , ванны и устройства, работающие по этому способу, имеют небольшие размеры и емкости (до 5 л). Применяются в них либо преобразователи с коническими волноводами расходящегося типа и имеющие небольшой коэффициент трансформации (2—3), либо трубчатые преобразователи. Для создания усиленной кавитации во внутренней полости изделия, ее герметизируют и в ней создается повышенное статическое давление при одновременном возбуждении детали контактным способом. [c.241]

До сих пор не было проведено систематического анализа процессов кристаллизации в ультразвуковом поле. Существует несколько монографий [29, 34, 120—124], которые носят в большой степени феноменологический характер. Трудность заключается в том, что значительная часть экспериментального материала получена в весьма разнородных условиях ультразвукового облучения. При высоких плотностях звуковой энергии, когда одновременно проявляются различные аспекты действия акустического поля, механизм воздействия звука на процесс кристаллизации усложняется. Поэтому в этой главе сделана попытка выделить из неравноценного (но условиям проведения экспериментов) материала главные тенденции в воздействии ультразвука на процессы образования новой фазы, причем эффекты, обусловленные высокими плотностями звуковой энергии (например, кавитация) не будут нами затронуты (см. часть VII, стр. 427). Мы ставим перед собой целью рассмотрение более тонких эффектов, имеющих место в ультразвуковом поле, и их природы. [c.559]

Взаимодействие полостей при кавитации Звуковой ветер (см. Акустическое тече-237, 238 ние) 89 [c.684]

Кливленд, Огайо), в котором применен вогнутый вибратор из титаната бария, имеющий диаметр 10 см и обладающий радиусом кривизны 6 с-и. Звуковые волны проходят сквозь связующую жидкость (масло), находящуюся для устранения кавитации под давлением 100 атм, и через выполненное из металла вогнутое акустическое окно ) поступают в собственно облучаемый объем. При этом фокус находится на расстоянии около 2 см от окна. [c.112]

Оледует еще отметить, что вследствие резкого затухания ультразвука в зоне кавитации развиваются сильные акустические течения (см. 4 гл. V). Кроме того, на кавитационные пузырьки действуют направленные силы радиационного давления. Вследствие этого в зоде кавитации в ограниченном пучке происходит интенсивное движение жидкости. [c.139]

Явление зкачительного увеличения поглощения ультразвуковых волн конечной амплитуды в маловязких жидкостях, кроме важного научного значения, имеет существенный практический интерес. Это явление необходймо учитывать во всевозможных измерениях коэффициента поглощения ультразвуковых волн в жидкостях, при расчете длиннофокусных звуковых фокусирующих систем, при работе со средними и тем более большими интенсивностями ультразвука в маловязких жидкостях, например в воде. Отметим также, что это явление (наряду с кавитацией, см. ниже) может приводить к тому, что увеличение мощности излучателя в ряде случаев не приведет к росту дальности распространения акустических волн. [c.398]

Воздействие мощного УЗ на обогатительные и гидрометаллургич. процессы связано с возникновением в жидкой среде акустических течений и кавитации, что вызывает перемешивание жидкости, её гомогенизацию, ускоряет протекание процессов конвективной диффузии, оказывает влияние на температурное поле в среде. На границе твёрдая — жидкая фаза УЗ вызывает точечную эрозию твёрдой поверхности, её очистку, раскрытие микропор и др. эффекты, что может быть использовано для измельчения твёрдой фазы или изменения состояния её поверхности. Эти действия УЗ также во многом определяются развитием в жидкости кавитации и микропотоков, возникающих вблизи любой неоднородности среды. Кроме того, микропотоки существенно уменьшают толщину диффузионного слоя, что приводит к интенсификации процессов, где лимитирующим фактором является скорость диффузии через пограничный слой (см. Тепломассообмен в ультразвуковом поле). В качестве источников УЗ в гидрометаллургич. и обогатительных процессах применяются гидродинамические излучатели вихревого, щелевого и роторного типа, а также (в основном для лабораторных экспериментов) магнитострикционные преобразователи с излучающими диафрагмами. [c.348]

При возбуждении в жидкости итенсивных ультразвуковых колебаний возникает сложное физическое явление — акустическая кавитация. Интенсивными считают такие колебания, которые создают звуковые поля с амплитудами давления, превышающими прочность жидкости на разрыв (более 1 Вт/см ). Кавитация в жидкости вызывает такие эффекты, как ускорение химических реакций, эрозия, звуколюминесценция и излучение звука. [c.24]

ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СЙЛЫ в звуковом поле — совокупность сил, действующих на вещество дли тело, помещённое в звуковом поле. В П. с. вносят вклад переменное звуковое давление, пропорциональ-зое амплитуде звука, и квадратичные эффекты — ра-диац. давление, силы Бьеркнеса (см. ниже), а также гидродинамич. силы, обусловленные движением среды В Ввуковой волне. П. с. проявляются в действия звуковой волны на чувств ИТ, элементы приёмников звука, д УЗ-коагуляции, диспергировании, кавитации, в возникновении акустических течений, усталости материалов, подвергающихся длит, воздействию интенсивного дкустич. излучения, во вспучивании границ раздела двух сред. [c.85]

Др. особенность У.—возможность получения большой интенсивности даже при сравнительно небольших амплитудах колебаний, т. к. при данной амплитуде плотность потока энергии пропори, квадрату частоты, УЗ-волны большой интенсивности сопровождаются рядом нелинейных эффектов. Так, для интенсивных плоских УЗ-волн при малом поглощении среды (особенно в жидкостях, твёрдых телах) синусоидальная у излучателя волна превращается по мере её распространения в слабую периодич. ударную волну (пилообразной формы) поглощение таких волн оказывается значительно больше (т. н. нелинейное поглощение), чем волн малой амплитуды. Распространению УЗ-волн в газах и жидкостях сопутствует движение среды, т. н. акустическое течение, скорость к-рого зависит от вязкости среды, интенсивности У. и его частоты вообще говоря, она мала и составляет долго % от скорости У. К числу важных нелинейных явлений, возникающих при распространении интенсивного У. в жидкостях, относится акустич. кавито1(ия. Интенсивность, соответствующая порогу кавитации, зависит от рода жидкости и степени её чистоты, частоты звука, темп-ры и др. факторов в водопроводной воде, содержащей пузырьки воздуха, на частоте 20 кГц она составляет доли Вт/см . На частотах диапазона У. средних частот в УЗ-поле с интенсивностью начиная с неск. Вт/см могут возникнуть фонтанирование жидкости и распыление её с образованием весьма мелкодисперсного тумана. Акустич, кавитация широко применяется в технол. процессах при этом пользуются У. низких частот. [c.215]

Чтобы повысить дальность, можно, казалось бы, идти по линии увеличения мощности излучаемого ультразвукового импульса. Однако сильно увеличить акустическую мощность импульса нельзя как будет видно далее (см. гл. VIII) при больших интенсивностях ультразвука возникает явление кавитации. Но если бы даже и было возможно сильно увеличить мощность, это в очень незначительной степени увеличило бы дальность. При наличии же сильной рефракции, когда лучи загибаются вниз от поверхности воды, увеличение мощности (для повышения дальности) еще менее эффективно. [c.355]

TejiMH4. Ш. (см. Термическая генерация звука, Поющее п,1а.мя) возникает из-за турбулизации потока и флуктуаций плотности газов в результате горения, а также вследствие мгновенного интенсивного выделения тепла, вызывающего мгновенные повышения давления, в результате взрыва или разряда. 4) Кавитационный Ш., порождаемый звуковыми импульсами, возникающими при захлопывании пузырьков и полостей в жидкости, сопровождающих кавитацию акустическую. [c.427]

Другим важным прикладным направлением акустики является активное воздействие ультразвуком на вещество. Такое воздействие широко используется в промышленной технологии для поверхностной обработки деталей, сварки, интенсификации химических процессов и т. д. В жидкостях основную роль при таком воздействии играет кавитация — образование в интенсивной звуковой волне пульсирующих пузырьков. Схлопывание пузырьков сопровождается мощным гидродинамическим возмущением и сильным локальным разогревом вещества, в результате чего разрушается поверхность твердого тела, находящегося в области кавитации. Применение ультразвука для воздействия на живой организм в медицине основывается на эффектах, возникающих в биологических тканях при прохождении через них акустических волн. При умеренной интенсивности звука (до 1 Вт/см ) колебания частиц среды вызывают микромассаж тканей, а поглощение звука — локальный разогрев, что применяется в ультразвуковой терапии. При больших интенсивностях сильное нагревание и кавитация вызывают разрушение тканей. Для хирургических операций используется сфокусированный ультразвуковой пучок, который позволяет производить локальные разрушения в глубинных структурах (например, мозга или почки) без повреждения окружающих тканей. В хирургии применяется ультразвук с частотами 0,5 + 5 МГц, интенсивность которого в фокусе достигает 10 Вт/см . [c.104]

При значительном возрастании интенсивности звуковых волн в их поле заметнее проявляются различные нелинейные эффекты , нарушается принцип суперпозиции и возникает взаимодействие волн, приводящее к появлению комбинационных тонов изменяется форма волны, спектр её обогащается высшими гармониками и соответственно растёт поглощение становятся заметными постоянные силы (см. Давление звукового излучения) и постоянные потоки вещества (см. Акустические течения) при достижении нек-рого порогового значения интенсивности УЗ в жидкости возникает кавитация. Для математич. описания волн большой интенсивности приближения линейной акустики уже недостаточны, в ур-ниях звукового поля необходим учёт членов высшего порядка. Критерием применимости аппарата линейной акустики и возможности пренебрежения нелинейными эффектами является для плоских волн малость акустич. Маха числа М < 1, где М vie, V — колебательная скорость частиц в волне, с — скорость её распространения. [c.10]

Воздействие УЗ на кинетику электрохимич. процессов при малых интенсивностях обусловлено гл. обр. возникновением в электролите акустических течений, к-рые, вызывая перемешивание электролита, способствуют выравниванию концентрации ионов и дегазации электролита в при-катодпом слое. При увеличении интенсивности УЗ и возникновении кавитации эффективность УЗ-вого воздействия на электрохимич. процессы возрастает. Находяпдиеся в порах и треш,инах катода зародыши газовой фазы усиленно растут и покидают электролит, т. е. усиливается дегазация происходит очистка поверхности катода, к-рая приводит к увеличению его активной поверхности почти в 3 раза резко усиливаются микромасштабные акустич. течения, а с ними и процессы перемешивания. Всё это способствует интенсификации процесса электроосаждения ускоряется растворение металла анода, ослабляется истончение электролита вблизи катода (даже при плотностях тока до 7—8 А/дм ). Под действием УЗ снижается потенциал выделения водорода (см. табл.), и, следовательно, процесс дегазации электролита идёт при меньших напряжениях. В результате действия этих факторов заметно увеличивается выход металла по току [c.64]

Индикаторы ультразвука. И. у. в газах и жидкостях могут служить различные вторичные эффекты, возникающие при относительно больших интенсивностях, напр, достаточно легко наблюдаемые акустические течения, эффект дегазации жидкости, появление на поверхности жидкости ряби, переходящей при дальнейшем увеличении интенсивности в фонтанирование (см. Распыление), наконец, кавитация с её разнообразными проявлениями в виде появления массы пульсирующих пузырьков, возникновения кавитационного шума, звуколюминесцен-ции, эффектов очистки и кавитационной эрозии (эрозия помещённой в УЗ-вую ванну металлич. фольги позволяет судить о распределении акустич. поля). При значительной интенсивности индикация УЗ может быть [c.271]

Когда рассматривается влияние акустической мощности на скорость массообмена прежде всего встает вопрос о пороговой для начала процесса величине, характеризующей звуковое поле, — давлении, интенсивности, объемной плотности энергии и т. п. В этом отношении в известных нам работах имеется некоторая путаница. Дело в том, что ряд авторов [70, 87, 88) рассматривает явление вынужденного выделения газа из жидкости в прямой связи с процессом кавитации, и в соответствии с этим предлагает считать порог кавитации одновременно и порогом дегазации жидкостей. В работе [89] даже приведены кривые зависимости пороговой амплитуды звукового давления Р , нри которой в дистиллированной воде наблюдалось образование маленьких газовых пузырьков. Однако, судя по описанным в той же работе химическим эффектам, сопровождавшим появление пузырьков, как и в работе [87], речь идет о кавитационном пороге. В работе [77] концентрация газа изменялась только при превышении некоторой величины акустической мощности. Однако обусловлено это разрешающей способностью методики измерения газосодержания, так как визуально выделение газовых пузырьков происходило и при значительно меньших, чем IVд, величинах акустической мощности. Поскольку в перенасыщенной жидкости выделение растворенного газа в колеблющиеся пузырьки происходит при любой амплитуде звукового давления, понятие о пороге дегазации здесь неприменимо. Если же речь идет о жидкости в недонасыщенном состоянии, то, как указывалось в гл. 2, для каждого пузырька существует критическая величина звукового давления Ра ,,, зависящего от относительной концентрации Сд/Ср, нри которой растворенный газ поступает в пузырек. Поскольку при данной частоте звука минимальным значением Ра обладают пузырьки резонансного размера, она является одновременно и порогом дегазации. Следует заметить, что с повышением частоты колебаний, как показывают расчеты, значение Ра также увеличивается (см. рис. 20, стр. 280, Со/Ср = 0,8, Д = Лр,з). [c.304]

Появление на поверхности струи фонтана зон посветления в лучах осветительного устройства (см. 1 гл. 3) — есть результат диффузного рассеяния света от сетки стоячих капиллярных волн. В зависимости от объема и длительности существования кавитационной области в струе, а также вязкости озвучиваемой жидкости, можно видеть разнообразные картины образования капиллярных волн и выбросов тумана. Наблюдается выделение тумана в форме симметричных струй (см. рис. 22, г), являющееся следствием возбуждения колебаний различных мод на поверхности бусинок струи, недовозбуждение бусинок (см. рис. 22, в), когда амплитуда колебаний поверхности струи превосходит пороговую амплитуду возбуждения капиллярных волн, но в то же время меньше порога каплеобразования (см. 1 гл. 4) и т. д. Кавитационная область, инициируя описанные явления, переносится потоком жидкости в верхние участки струи, а затем исчезает там вследствие дефицита акустической энергии и разрушения струи. Следующий цикл распыления возникает в результате появления нового зародыша кавитации, и т. д. [c.379]

Приблизительно оценить величину эффективности диспергирования звуком при распылении жидкости в фонтане можно, воспользовавшись результатами исследования сонолюминисценции и измерением потока звуковой энергии в фокальной области и в струе фонтана (см. 4 гл. 4). Напомним, что согласно этим исследованиям, весь поток звуковой энергии вошедший в струю, расходуется в основном на рабочем участке струи фонтана, т. е. там, где наблюдается кавитация и происходит распы- ление жидкости. Величина Р представляет собой некоторую часть всего потока акустической энергии Р, излучаемого преобразователем, причем величина отношения Р /Р зависит от режима распыления. Так, при напряжении на излучателе, незначительно превышающем пороговое, Р /Р=0,34, а в режиме большой мощности PJP=OfiЪ [27 ]. По аналогии с коэффициентом эрозионной эффективности диспергирования звуком [46], коэффициент эффективности диспергирования звуком можно представить в виде произведения двух независимых величин [c.383]

Кавптацпопная полость 317 Кавитационный пузырёк (см. Кавитационная полость) 172 Кавитация акустическая, влияние на процесс дегазации 312 [c.686]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...