Einführung in die Ultraschallkavitation

Unter Ultraschallkavitation versteht man den dynamischen Prozess des Wachstums und Zusammenbruchs von Mikrogaskern-Kavitationsblasen in Flüssigkeiten, die unter der Wirkung von Schallwellen vibrieren und auftreten, wenn der Schalldruck einen bestimmten Wert erreicht. Nach drei Schritten der Kavitationsblasenbildung, dem Wachstum und dem schweren Kollaps.
Wenn ein mit Flüssigkeit gefüllter Behälter einem Ultraschallreiniger zugeführt wird, entstehen durch die Vibration der Flüssigkeit Zehntausende winziger Bläschen, sogenannte Kavitationsblasen. Diese Blasen wachsen in der Unterdruckzone, die durch die Ausbreitung des Ultraschalls in Längsrichtung entsteht, und schließen sich in der Überdruckzone schnell, wodurch sie unter abwechselnden Über- und Unterdrücken komprimiert und gedehnt werden. In dem Moment, in dem eine Blase komprimiert wird, bis sie kollabiert, entsteht sofort ein enormer Druck, der typischerweise mehrere zehn bis Hunderte von Megapascal erreicht.
Suslick et al. haben gemessen, dass Kavitation bei einer Temperaturänderung die Temperatur der Gasphasen-Reaktionszone auf etwa 5200 K, die effektive Temperatur der Flüssigphasen-Reaktionszone auf etwa 1900 K und den lokalen Druck auf etwa 5,5O5 × 10 kPa erhöhen kann Geschwindigkeit von bis zu 10. K/s, begleitet von starken Stoßwellen und Mikrojets mit Geschwindigkeiten von bis zu 400 km/h. Dieser enorme augenblickliche Druck kann zu einer schnellen Beschädigung der in der Flüssigkeit schwebenden festen Oberfläche führen.
Ultraschallkavitation wird üblicherweise in zwei Typen unterteilt: stationäre Kavitation und transiente Kavitation:
Unter stationärer Kavitation versteht man Kavitationsblasen, die bei geringer Schallintensität (im Allgemeinen weniger als 10 W/cm) erzeugt werden und deren Größe nahe ihrer Gleichgewichtsgröße schwankt, wodurch Zyklen von mehreren Zyklen erzeugt werden. Wenn es expandiert wird, um seine Resonanzfrequenz der Frequenz von Schallwellen anzugleichen, kommt es zu einer hochenergetischen Kopplung zwischen dem Schallfeld und der Blase, was zu erheblicher Kavitation führt.
Unter transienter Kavitation versteht man Kavitationsblasen mit kürzerer Lebensdauer (meist innerhalb eines Schallwellenzyklus auftretend), die unter Einwirkung großer Schallintensität (im Allgemeinen größer als 1 W/cm) erzeugt werden.

笔记