Cavitation ultrasonique dans les liquides
Les ondes ultrasonores des ultrasons à haute intensité génèrent une cavitation dans les liquides. La cavitation provoque localement des effets extrêmes, tels que des jets de liquide atteignant 1 000 km / h, des pressions pouvant atteindre 2 000 Atm et des températures pouvant atteindre 5 000 Kelvin.
Contexte
Lors de la sonification de liquides à haute intensité, les ondes sonores qui se propagent dans le milieu liquide entraînent une alternance de cycles haute pression (compression) et basse pression (raréfaction), avec des taux dépendant de la fréquence. Au cours du cycle de basse pression, les ondes ultrasonores de haute intensité créent de petites bulles de vide ou des vides dans le liquide. Lorsque les bulles atteignent un volume auquel elles ne peuvent plus absorber d'énergie, elles s'effondrent violemment pendant un cycle à haute pression. Ce phénomène s'appelle la cavitation. Au cours de l’implosion, des températures très élevées (environ 5 000 K) et des pressions (environ 2 000 Atm) sont atteintes localement. L'implosion de la bulle de cavitation génère également des jets liquides d'une vitesse pouvant atteindre 280 m / s.
Vidéo
La vidéo (Télécharger, 1.69MB, MPEG1-Codec) à gauche montre une sonotrode dans un tube en verre rempli d’eau. La grande amplitude générée par le UIP2000hd processeur à ultrasons induit des bulles de cavitation. La lumière rouge du fond du tube rend les bulles d'aspiration visibles. Le diamètre réel du tube est d'environ 150 mm. La configuration à l'intérieur d'une cuve à flux est comparable à celle de la vidéo. La pénétration du liquide par cavitation est très visible. Pour télécharger la vidéo, cliquez sur l'image à droite.
Application
Les effets peuvent être utilisés dans les liquides pour de nombreux processus, par exemple pour le mélange et le mélange, la désagglomération, fraisage et désintégration cellulaire. En particulier, le fort cisaillement des jets liquides provoque une fissure à la surface des particules et des collisions entre particules.
Littérature
Suslick, KS (1998): Encyclopédie Kirk-Othmer de technologie chimique; 4ème éd. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.