Cavitation ultrasonique dans les liquides
Les ondes ultrasonores de haute intensité génèrent de la cavitation dans les liquides. La cavitation provoque localement des effets extrêmes, tels que des jets de liquide allant jusqu'à 1000km/h, des pressions allant jusqu'à 2000atm et des températures allant jusqu'à 5000 Kelvin.
Contexte général
Lors de la sonication de liquides à haute intensité, les ondes sonores qui se propagent dans le milieu liquide entraînent des cycles alternés de haute pression (compression) et de basse pression (raréfaction), avec des taux dépendant de la fréquence. Pendant le 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 l'énergie, elles s'effondrent violemment pendant un cycle à haute pression. Ce phénomène est appelé cavitation. Pendant l'implosion, de très hautes températures (environ 5.000 K) et pressions (environ 2.000atm) sont atteintes localement. L'implosion de la bulle de cavitation produit également des jets liquides d'une vitesse pouvant atteindre 280 m/s.
Vidéo
La vidéo (téléchargement1.69MB, MPEG1-Codec) à gauche montre une sonotrode dans un tube en verre, qui est rempli d'eau. L'amplitude élevée générée par la fonction UIP2000hd induit des bulles de cavitation. La lumière rouge provenant du fond du tube rend les bulles de vide visibles. Le diamètre réel du tube est d'environ 150 mm. La configuration à l'intérieur d'un récipient d'écoulement est comparable à celle de la vidéo. La pénétration du liquide par cavitation est très visible. Pour télécharger la vidéo, veuillez cliquer sur l'image à droite.
Application
Les effets peuvent être utilisés dans des liquides pour de nombreux procédés, par exemple pour le mélange et le mélange, la désagglomération, Fraisage et désintégration cellulaire. En particulier, le fort cisaillement des jets liquides provoque des fissures à la surface des particules et des collisions interparticulaires.
Littérature
Suslick, K.S. (1998) : Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology ; 4th Ed. J. Wiley & Fils : New York, 1998, vol. 26, 517-541.