Каков ультразвуковой принцип кавитационного эффекта?
2026-02-07
Ультразвуковой принцип кавитационного эффекта в основном основан на изменениях звукового давления и динамике пузырьков, генерируемых при распространении ультразвуковых волн в жидкости, следующим образом：
1. Изменение звукового давления и образование пузырьков
Ультразвуковые волны - это высокочастотные механические волны, которые создают чередующиеся циклы сжатия и расширения при распространении в жидкостях.Во время цикла расширения (фаза отрицательного давления) жидкость подвергается растягивающему напряжению. Когда отрицательное давление достаточно велико, сцепление между молекулами жидкости разрушается, в результате чего жидкость “разрывается” или растворенный газ выходит наружу, образуя крошечные зародыши пузырьков (зародыши кавитации).
2. Рост и колебания пузырьков
Ядра этих пузырьков растут и колеблются при изменении звукового давления в последующих циклах акустических волн.В полупериоде отрицательного давления пузырьки воздуха поглощают энергию и расширяются; в полупериоде положительного давления пузырьки воздуха сжимаются, но если звуковое давление не достигает порогового значения для стабильного сжатия пузырьков воздуха, пузырьки воздуха будут продолжать колебаться и постепенно увеличиваться.
3. Схлопывание пузырька и высвобождение энергии
Когда звуковое давление достигнет определенной интенсивности, воздушный пузырь схлопнется и резко закроется за половину цикла положительного давления.В момент коллапса энергия звукового поля сильно концентрируется и высвобождается в очень малом пространстве за очень короткий промежуток времени, что приводит к локальной высокой температуре (до 5000-15000 К), высокому давлению (100-1000 МПа), высокоскоростной микроструе (100-300 м/с) и ударным волнам.
Этот принцип может быть описан уравнением Рэлея-Плессе, которое учитывает такие факторы, как разница давлений внутри и снаружи пузырька, поверхностное натяжение жидкости, вязкость и термодинамические свойства газа. Это теоретическая основа для изучения эффекта ультразвуковой кавитации.
Короче говоря, эффект ультразвуковой кавитации - это процесс, посредством которого ультразвуковые волны вызывают образование, рост и схлопывание пузырьков воздуха в жидкости за счет изменения звукового давления, преобразуя энергию звукового поля в экстремальные физические условия.
