مقدمه ای بر کاویتاسیون اولتراسونیک

کاویتاسیون اولتراسونیک به فرآیند پویای رشد و فروپاشی حباب‌های کاویتاسیون هسته میکرو گاز موجود در مایعات گفته می‌شود که تحت تأثیر امواج صوتی مرتعش می‌شوند و زمانی که فشار صوت به مقدار معینی می‌رسد رخ می‌دهد. پس از سه مرحله تشکیل حباب کاویتاسیون، رشد و فروپاشی شدید.
هنگامی که یک ظرف پر از مایع به یک پاک کننده اولتراسونیک وارد می شود، ده ها هزار حباب ریز که به حباب های کاویتاسیون معروف هستند، به دلیل ارتعاش مایع ایجاد می شوند. این حباب ها در ناحیه فشار منفی که در اثر انتشار طولی امواج فراصوت ایجاد می شود رشد می کنند و به سرعت در ناحیه فشار مثبت بسته می شوند و در نتیجه تحت فشارهای متناوب مثبت و منفی فشرده و کشیده می شوند. در لحظه ای که یک حباب فشرده می شود تا زمانی که فرو بریزد، فشار آنی عظیمی ایجاد می شود که معمولاً به ده ها تا صدها مگا پاسکال می رسد.
ساسلیک و همکاران اندازه گیری شد که کاویتاسیون می تواند دمای ناحیه واکنش فاز گاز را با تغییر دما تا حدود 5200 کلوین، دمای موثر ناحیه واکنش فاز مایع را تا حدود 1900 کلوین و فشار موضعی را تا حدود 5.5O5 × 10 کیلو پاسکال افزایش دهد. سرعت تا 10. K/s همراه با امواج ضربه ای قوی و جت های میکرو با سرعت تا 400 کیلومتر در ساعت. این فشار عظیم لحظه ای می تواند باعث آسیب سریع به سطح جامد معلق در مایع شود.
کاویتاسیون اولتراسونیک معمولاً به دو نوع تقسیم می شود: کاویتاسیون حالت پایدار و کاویتاسیون گذرا:
کاویتاسیون حالت پایدار به حباب‌های کاویتاسیونی اطلاق می‌شود که در شدت صدای کم (معمولاً کمتر از 10 وات بر سانتی‌متر) تولید می‌شوند، که اندازه آنها نزدیک به اندازه تعادل آن نوسان می‌کند و چرخه‌های چند سیکلی ایجاد می‌کند. وقتی منبسط می شود تا فرکانس تشدید آن برابر با فرکانس امواج صوتی باشد، جفت شدن پرانرژی بین میدان صوتی و حباب رخ می دهد که منجر به کاویتاسیون قابل توجهی می شود.
کاویتاسیون گذرا به حباب‌های کاویتاسیون با طول عمر کوتاه‌تر (بیشتر در یک چرخه موج صوتی رخ می‌دهد) اشاره دارد که تحت تأثیر شدت صدای زیاد (معمولاً بیشتر از 1 W/cm) ایجاد می‌شوند.

笔记