Τι είναι η υπερηχητική σπηλαίωση;

Όταν η πίεση του ηχητικού κύματος που διαδίδεται με υπερηχητική δόνηση σε υγρό φτάνει σε μία ατμόσφαιρα, η μέγιστη πίεση του υπερηχητικού κύματος μπορεί να φτάσει στο κενό ή στην αρνητική πίεση. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει αρνητική πίεση, έτσι ώστε να δημιουργείται μια μεγάλη δύναμη στο υγρό, το οποίο τραβά τα υγρά μόρια σε κενά. Αυτή η κοιλότητα είναι πολύ κοντά στο κενό και σπρώχνει όταν η υπερηχητική πίεση φτάσει στη μέγιστη αντίστροφη κατεύθυνση. Η ισχυρή πρόσκρουση που παράγεται από τη ρήξη χτυπά τη βρωμιά στην επιφάνεια του αντικειμένου. Το φαινόμενο κύματος κλονισμού που παράγεται από τη ρήξη αμέτρητων μικρών φυσαλίδων σπηλαίωσης ονομάζεται φαινόμενο "σπηλαίωσης".

Όταν η υπερηχητική ενέργεια είναι αρκετά υψηλή, οι μικροσκοπικές φυσαλίδες (πυρήνες σπηλαίωσης) που υπάρχουν στο υγρό δονείται, αναπτύσσονται και συλλέγουν συνεχώς ενέργεια ακουστικού πεδίου κάτω από τη δράση του υπερηχητικού πεδίου. Όταν η ενέργεια φτάσει σε ένα συγκεκριμένο όριο, οι φυσαλίδες σπηλαίωσης καταρρέουν και κλείνουν γρήγορα.

Η διάρκεια ζωής των φυσαλίδων σπηλαίωσης είναι περίπου 0. Όταν καταρρέουν ταχέως, μπορούν να απελευθερώσουν τεράστια ενέργεια και να παράγουν μικρο πλέγματα με ταχύτητα περίπου 110m/s και ισχυρή δύναμη κρούσης, με αποτέλεσμα πυκνότητα σύγκρουσης μέχρι 1,5kg/cm2. Τη στιγμή της ταχείας κατάρρευσης, οι φυσαλίδες σπηλαίωσης παράγουν τοπική υψηλή θερμοκρασία και πίεση (5000K, 1800ATM), με ρυθμό ψύξης μέχρι 109k/s. Η επίδραση σπηλαίωσης του υπερήχου αυξάνει σημαντικά τον ρυθμό των ετερογενών αντιδράσεων, επιτυγχάνει ομοιόμορφη ανάμιξη μεταξύ ετερογενών αντιδραστηρίων, επιταχύνει τη διάχυση των αντιδραστηρίων και των προϊόντων, προάγει τον σχηματισμό στερεών νέων φάσεων και ελέγχει το μέγεθος και τη διανομή των σωματιδίων.

Πρόσθετες πληροφορίες:

Όταν ο υπερηχογράφημα διαδίδεται σε ένα μέσο, ​​η αλληλεπίδραση μεταξύ υπερήχου και μέσου προκαλεί φυσικές και χημικές αλλαγές στο μέσο, ​​με αποτέλεσμα μια σειρά μηχανικών, θερμικών, ηλεκτρομαγνητικών και χημικών επιπτώσεων υπερήχων, συμπεριλαμβανομένων των ακόλουθων τεσσάρων αποτελεσμάτων:

1. Μηχανικά εφέ. Η μηχανική δράση του υπερήχου μπορεί να προάγει τη γαλακτωματοποίηση του υγρού, την υγροποίηση του πηκτώματος και τη διασπορά του στερεού. Όταν σχηματίζονται κύματα σε υπερηχητικά υγρά μέσα, μικροσκοπικά σωματίδια αιωρούμενα στο υγρό συμπυκνώνεται στους κόμβους λόγω μηχανικών δυνάμεων, σχηματίζοντας περιοδικές συσσωρεύσεις στο διάστημα.

Η επαγόμενη πόλωση και η μαγνητοποίηση που προκαλείται από τη μηχανική δράση των υπερηχητικών κυμάτων κατά τη διάδοση σε πιεζοηλεκτρικά και μαγνητοσυστολικά υλικά (βλέπε διηλεκτρική φυσική και μαγνητοσυστολική).

2. Τα υπερηχητικά κύματα μπορούν να παράγουν μεγάλο αριθμό μικρών φυσαλίδων όταν εφαρμόζονται σε υγρά. Ένας λόγος είναι ότι η τοπική τάση εφελκυσμού εμφανίζεται μέσα στο υγρό, σχηματίζοντας αρνητική πίεση. Η μείωση της πίεσης προκαλεί το αέριο που αρχικά διαλύεται στο υγρό για να γίνει υπερκορεσμένη και να διαφεύγει από το υγρό, να γίνει μικρές φυσαλίδες.

Ένας άλλος λόγος είναι ότι η ισχυρή τάση εφελκυσμού σχίζει το υγρό σε μια κοιλότητα, γνωστή ως σπηλαίωση. Η κοιλότητα περιέχει υγρούς ατμούς ή άλλο αέριο που διαλύεται στο υγρό και μπορεί να είναι ακόμη και κενό. Μικρές φυσαλίδες που σχηματίζονται με σπηλαίωση θα κινούνται συνεχώς, θα αναπτυχθούν ή ξαφνικά ξεσπούν με τη δόνηση του περιβάλλοντος μέσου.

3. Θερμικό αποτέλεσμα. Λόγω της υψηλής συχνότητας και της ενέργειας του υπερήχου, μπορεί να παράγει σημαντικά θερμικά αποτελέσματα όταν απορροφάται από το μέσο.

4. Χημικές επιδράσεις. Η δράση του υπερήχου μπορεί να προωθήσει ή να επιταχύνει ορισμένες χημικές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, το καθαρό αποσταγμένο νερό παράγει υπεροξείδιο του υδρογόνου μετά από υπερηχητική θεραπεία. Το νιτρώδες οξύ παράγεται μετά από υπερηχητική επεξεργασία νερού που περιέχει αέριο αζώτου. Το υδατικό διάλυμα βαφής θα αλλάξει το χρώμα ή θα εξασθενίσει μετά από υπερηχητική θεραπεία.