Акустическая кавитация
Кавитацией называется явление образования в жидкости полостей заполненных газом, паром или их смесью (кавитационные пузырьки или каверны).
Кавитационные пузырьки
образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже критического значения Рcr (в реальной жидкости Рcr приближенно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре).
Кавитационные пузырьки возникают во время полупериода разрежения на так называемых кавитационных зародышах, которыми чаще всего являются газовые включения, содержащиеся в жидкости и на колеблющейся поверхности акустического излучателя.
•Пузырьки захлопываются во время полупериодов сжатия, создавая кратковременные (длительностью ~ 10-6 с) импульсы давления (до тысяч Па и выше), способные разрушить даже весьма прочные материалы.
•Под интенсивностью ультразвуковых колебаний на практике принимают мощность, приходящуюся на единицу площади излучателя:
•1,5-3 Вт/см2 - водные растворы,
•0,5-1 Вт/см2 - органические растворы.
Ультразвуковая
отмывка
Очищаемый
материал
Звукоизолиров анная ванна
Среда
очистки
Вибрационная головка Избыточное
давление
Акустическая
кавитация
ν- Скорость поступательных
(трансляционных) движений пузырьков
R0 – радиус пузырьков
P0 – гидростатическое давление
Pa - звуковое давление
η - коэффициент кинематической вязкости
жидкости
σ - коэффициент поверхностного натяжения
хi - пространственная координата (i=1,2,3…)
Акустическая кавитация
Количественно момент возникновения кавитации и степень ее развития характеризуют числом
кавитации:
χ=(P0-Ps)/Pa,
где Ps - давление насыщенного пара; Pa - амплитуда звукового давления; P0 - гидростатическое давление.
Количественно момент возникновения кавитации и степень ее развития характеризуют числом кавитации: С=(Ро-Рs)/Рa,
где Ps - давление насыщенного пара;
Pa - амплитуда звукового давления;
P0 - гидростатическое давление (d ×g × h)
Момент возникновения кавитации характеризуется критическим
числом Ск, которому соответствует критическое значение звукового давления Рк;
Схема всасывания загрязнений из микротрещин поверхности в растущий газовый пузырек
Схема удаления загрязнений. Захлопывание пузырька сопровождается образованием мощной ударной волны (кавитацией). Обычно кавитация возникает на поверхности детали. Ударная волна измельчает загрязнения и перемещает их в моющий раствор
Влияние давления на процесс очистки
•С повышением звукового давления до оптимальной величины
возрастает число газовых пузырьков жидкости, соответственно увеличивается объем кавитационной области.
В ультразвуковых установках для очистки звуковое давление на границе “излучатель-жидкость” лежит в пределах 0,2 -0,14
МПа.
•Кавитационное разрушение достигает максимума тогда, когда время захлопывания пузырьков равно полупериоду колебаний.
•На образование и рост кавитационных пузырьков влияют вязкость жидкости, частота колебаний, статическое давление и температура.
•Кавитационный пузырек может образоваться, если его радиус
меньше некоторого критического радиуса, соответствующего
определенному гидростатическому давлению.