Hielscher Ultraschalltechnik

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

Hochenergetische Ultraschallwellen erzeugen Kavitation in Flüssigkeiten. 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

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.