Эффекты ультразвуковой вибрации – тепло и кавитация

Ультразвук высокой мощности может оказывать различное воздействие на процесс (иногда даже не оказывать никакого полезного воздействия), поэтому важно понимать возможные воздействия и их причины. Вот основные (возможные) воздействия:

Высокая температура

Высокоэнергетическая механическая вибрация может легко преобразовываться в тепло через трение на границе раздела между различными компонентами или затухание внутри материала (внутреннее трение). Этот эффект используется в сварке, где эффективность сварки пластика и металла высока, поскольку тепло генерируется именно там, где оно необходимо — на соединяемой поверхности. Это воздействие также может быть ограничением — речь идет о потере мощности, вызванной преобразованием энергии в тепло внутри и на границе раздела между преобразователями, усилителями и ультразвуковыми генераторами.

Кавитация

Всякий раз, когда давление окружающей среды уменьшается, точка кипения жидкости также уменьшается. Если давление падает достаточно низко, жидкость начнет кипеть без нагревания (потому что точка кипения падает ниже комнатной температуры). Когда эта ситуация происходит в небольшом диапазоне, образуются маленькие пузырьки из-за локального снижения давления - это называется кавитацией. Это может происходить в жидкостях, подвергаемых ультразвуковой вибрации, или в областях низкого давления, создаваемых другими движениями (например, винтами кораблей). Большинство эффектов вызвано не образованием пузырьков пара, а их разрушением. Область низкого давления сильно локализована и постоянно меняется (для ультразвуковых стоячих волн время между самым низким и самым высоким давлением обычно составляет от 10 до 25 микросекунд). Пузырьки могут существовать только при низком давлении - они очень нестабильны при высоком давлении, поэтому они будут резко разрушаться, мгновенно создавая огромную температуру и давление. Конечно, коллапс каждого пузырька происходит в очень малом объеме на микроскопическом уровне, но под сильным и однородным ультразвуковым полем миллионы пузырьков во всей жидкости будут образовываться и распадаться тысячи раз в секунду, тем самым влияя на общие характеристики жидкости. Этот эффект использовался в сонохимии и ультразвуковой очистке. Миллионы однородных ультразвуковых полей во всей жидкости будут образовываться и распадаться тысячи раз в секунду, поэтому они могут влиять на общие характеристики жидкости. Этот эффект использовался в сонохимии и ультразвуковой очистке. Миллионы однородных ультразвуковых полей во всей жидкости будут образовываться и распадаться тысячи раз в секунду, поэтому они могут влиять на общие характеристики жидкости. Этот эффект использовался в сонохимии и ультразвуковой очистке.