Εισαγωγή στην Υπερηχητική Σπηλαίωση

Η σπηλαίωση υπερήχων αναφέρεται στη δυναμική διαδικασία ανάπτυξης και κατάρρευσης των φυσαλίδων σπηλαίωσης του πυρήνα μικροαερίου που υπάρχουν σε υγρά, οι οποίες δονούνται υπό την επίδραση ηχητικών κυμάτων και συμβαίνουν όταν η ηχητική πίεση φτάσει σε μια ορισμένη τιμή. Μετά από τρία βήματα σχηματισμού φυσαλίδων σπηλαίωσης, ανάπτυξης και σοβαρής κατάρρευσης.
Όταν ένα δοχείο γεμάτο με υγρό τροφοδοτείται σε ένα καθαριστικό υπερήχων, δημιουργούνται δεκάδες χιλιάδες μικροσκοπικές φυσαλίδες, γνωστές ως φυσαλίδες σπηλαίωσης, λόγω της δόνησης του υγρού. Αυτές οι φυσαλίδες αναπτύσσονται στη ζώνη αρνητικής πίεσης που σχηματίζεται από τη διαμήκη διάδοση του υπερήχου και κλείνουν γρήγορα στη ζώνη θετικής πίεσης, συμπιέζονται και τεντώνονται υπό εναλλασσόμενες θετικές και αρνητικές πιέσεις. Τη στιγμή που μια φυσαλίδα συμπιέζεται μέχρι να καταρρεύσει, δημιουργείται μια τεράστια στιγμιαία πίεση, που συνήθως φτάνει τις δεκάδες έως εκατοντάδες μεγαπασκάλ.
Οι Suslick et al. μέτρησε ότι η σπηλαίωση μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία της ζώνης αντίδρασης αέριας φάσης σε περίπου 5200 K, την αποτελεσματική θερμοκρασία της ζώνης αντίδρασης υγρής φάσης σε περίπου 1900 K και την τοπική πίεση σε περίπου 5,5O5 × 10 kPa, με αλλαγή θερμοκρασίας ρυθμός έως 10. K/s, συνοδευόμενος από ισχυρά κρουστικά κύματα και μικροπίδακες με ταχύτητες έως και 400 km/h. Αυτή η τεράστια στιγμιαία πίεση μπορεί να προκαλέσει ταχεία βλάβη στη στερεή επιφάνεια που αιωρείται στο υγρό.
Η σπηλαίωση με υπερήχους συνήθως χωρίζεται σε δύο τύπους: τη σπηλαίωση σταθερής κατάστασης και την παροδική σπηλαίωση:
Η σπηλαίωση σταθερής κατάστασης αναφέρεται στις φυσαλίδες σπηλαίωσης που δημιουργούνται σε χαμηλή ένταση ήχου (γενικά μικρότερη από 10 w/cm), των οποίων το μέγεθος ταλαντώνεται κοντά στο μέγεθος ισορροπίας της, δημιουργώντας κύκλους αρκετών κύκλων. Όταν διαστέλλεται για να κάνει τη συχνότητα συντονισμού του ίση με τη συχνότητα των ηχητικών κυμάτων, εμφανίζεται μια σύζευξη υψηλής ενέργειας μεταξύ του ηχητικού πεδίου και της φυσαλίδας, με αποτέλεσμα σημαντική σπηλαίωση.
Η παροδική σπηλαίωση αναφέρεται σε φυσαλίδες σπηλαίωσης με μικρότερη διάρκεια ζωής (που εμφανίζονται κυρίως σε έναν κύκλο ηχητικών κυμάτων) που δημιουργούνται υπό τη δράση μεγάλης έντασης ήχου (γενικά μεγαλύτερη από 1 W/cm).

笔记