мощность ультразвука усиливает химические и физические изменения в жидкой среде за счет образования и последующего разрушения кавитации пузыри. как и любая звуковая волна, ультразвук распространяется через серия волн сжатия и разрежения, индуцированных в молекулах среды, через которую она проходит. при достаточно большой мощности цикл разрежения может превышать силы притяжения молекул жидкости и кавитации образуются пузыри. такие пузырьки растут в результате процесса, известного как ректифицированная диффузия, то есть небольших количеств пара (или газа) из среды попадает в пузырек во время свою фазу расширения и не вытесняется полностью во время сжатие. Пузырьки растут в течение нескольких циклов до равновесного размера для конкретной применяемой частоты. это судьба этих пузыри когда они коллапс в последующих циклах сжатия, который генерирует энергию для химического и механического воздействия (Рисунок 2.1). Кавитация схлопывание пузыря - замечательное явление, вызванное силой звука в жидкости. в водных системах при ультразвуковой частоте 20 кГц каждая кавитация схлопывание пузыря действует как локализованная «горячая точка» создание температуры около 4000 К и давления более 1000 атмосфер [1-3].

рисунок 2.1: образование акустического пузыря

Кавитация пузырь имеет множество эффектов в жидкой среде в зависимости от тип системы, в которой он генерируется. Эти системы можно в общих чертах разделить на однородные жидкие, гетерогенные твердые / жидкие и неоднородная жидкость / жидкость. в химических системах этих три группы представляют большинство ситуаций обработки.

2.1 однородный ЖИДКОСТЬ реакции

(i) в основной жидкости имм редакционно окружающий пузырь где быстрое схлопывание пузыря порождает силы сдвига, которые могут вызывать механические эффекты и

(ii) в пузыре сам где любые виды интродуцированных во время его образование будет подвергаться экстремальным температурным условиям и давлению при разрушении, что приведет к химическим воздействиям. (Рисунок 2.2).

рисунок 2.2: акустическая кавитация в однородной жидкости

2.2 КАВИТАЦИЯ возле поверхности

в отличие от кавитации схлопывание пузыря в объеме жидкости, схлопывание кавитации пузырь на поверхности или рядом с ней не симметричный потому что поверхность обеспечивает сопротивление потоку жидкости с этой стороны. В результате происходит выброс жидкости преимущественно со стороны пузырька, удаленной от поверхности, в результате чего образуется мощная струя жидкости, направленная на поверхность (Рисунок 2.3). Эффект эквивалентен струйной очистке под высоким давлением и является причиной того, что для очистки используется ультразвук. Это Эффект может также активировать твердые катализаторы и увеличить массо- и теплопередачу к поверхности за счет разрушения межфазных пограничных слоев.

рисунок 2.3: Кавитация схлопывание пузыря на твердой поверхности или рядом с ней

2.3 ГЕТЕРОГЕН EOUS ПОРОШОК-ЖИДКИЙ реакции

акустическая кавитация может produ Ce драматические эффекты на порошки, взвешенные в жидкости (рисунок 2.4). дефекты поверхности или захваченный газ могут действовать как ядра для кавитации образование пузырьков на поверхности частицы и последующее схлопывание поверхности может привести к возникновению ударных волн, которые разрывают частицу на части. Кавитация схлопывание пузырька в жидкой фазе вблизи частицы может заставить ее быстро двигаться. под этими обстоятельства общий дисперсионный эффект сопровождается межчастичным столкновения, которые могут привести к эрозии, очистке поверхности и смачиванию частиц и уменьшению размера частиц.

рисунок 2.4: акустическая кавитация в жидкости с взвешенным порошком

в неоднородной жидкости / жидкости реакции, кавитационные коллапс на интерфейсе или рядом с ним вызовет нарушение иона и перемешивания, в результате чего образуются очень мелкие эмульсии (Рисунок 2.5).

рисунок 2.5: Кавитация эффекты в неоднородной жидкости / жидкости система