Ultraschallkavitation in Flüssigkeiten

Durch hochintensiven Ultraschall erzeugte Ultraschallwellen lassen in Flüssigkeiten Kavitation entstehen. Kavitation verursacht lokal extreme Effekte, wie Flüssigkeitsstrahlen von bis zu 1000km/h, Drücke von bis zu 2000 bar und Temperaturen bis zu 4500°C.

Basisinformationen

Werden Flüssigkeiten mit hoher Intensität beschallt, erzeugen die Schallwellen im flüssigen Medium alternierende Hochdruckzyklen (Kompression) und Niederdruckzyklen (Rarefaktion), deren Schwingungsrate von der Frequenz abhängt. Während eines Niederdruckzyklus bilden die hochenergetischen Ultraschallwellen kleine Vakuumblasen oder Hohlräume in der Flüssigkeit. Erreichen diese Blasen ein Volumen, bei dem sie keine weitere Energie absorbieren können, platzen sie während eines Hochdruckzyklus. Dieses Phänomen wird als Kavitation bezeichnet. Während der Implosion werden lokal sehr hohe Temperaturen (ca. 5000K) und Drücke (ca. 2000atm) erreicht. Zudem entstehen durch die Implosion der Kavitationsblasen Flüssigkeitsstrahlen mit Geschwindigkeiten von bis zu 280m/s.

Video

Das Video (Download, 1.69MB, MPEG1-Codec) auf der rechten Seite zeigt eine Sonotrode in einem Glasrohr, das mit Wasser gefüllt ist. Die hohe Amplitude, die durch den UIP2000 Ultraschallprozessor erzeugt Kavitationsblasen. Das rote Licht vom Boden des Rohres lässt die Vakuumblasen sichtbar werden. Der Durchmesser des Röhrchens beträgt ungefähr 150mm. Der Aufbau innerhalb einer Durchflusszelle ist vergleichbar mit dem im Video gezeigten Versuchsaufbau. Das Eindringen der Kavitation in die Flüssigkeit ist deutlich sichtbar. Um das Video herunterzuladen, klicken Sie bitte auf das Bild rechts.

Anwendung

Diese Effekte auf Flüssigkeiten können für zahlreiche Anwendungen, wie z. B. für das Mischen und die Herstellung von Mischprodukten, das Deagglomerieren, das Mahlen und den Zellaufschluss genutzt werden. Insbesondere die hohe Scherkraft der Flüssigkeitsstrahlen verursacht Risse an den Partikeloberflächen und die Kollision der Partikel untereinander.

Literatur

Suslick, K.S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.

Quick Link

Informationen anfordern

Links

Lesezeichen / Favoriten

Hielscher Ultrasonics GmbH