Комбинированный метод исследования акустической кавитации

Abstract

В настоящее время сфера применений мощного ультразвука интенсивно расширяется, продолжается совершенствование оборудования и технологических процессов. При этом ключевым фактором воздействия ультразвуковых колебаний на процессы в жидкостях и жидкообразных средах является кавитация – явление образования, пульсации и захлопывания микропузырьков газа под действием переменного давления. Широкое внедрение перспективных ультразвуковых технологий в значительной мере сдерживается тем, что закономерности генерирования кавитации изучены недостаточно, а известные в литературе данные противоречивы и характеризуются низкой воспроизводимостью. В данной работе приводится описание инновационного метода исследования ультразвуковой кавитации. С целью повышения воспроизводимости результатов и достоверности выводов о корреляции различных кавитационных эффектов предложено регистрировать одновременно параметры, характеризующие эти эффекты. Разработана и апробирована установка, предназначенная для реализации данного метода. Установка обеспечивает возможность регистрации полного выходного сигнала гидрофона, интенсивности свечения, генерируемого в кавитационной области – звуколюминесценции, спектра кавитационного шума и отдельных его составляющих. Технические характеристики установки позволяют регулировать скорость развития кавитационной области путем варьирования длительности и периода следования импульсов ультразвука и проводить измерения в низкочастотных (НЧ), высокочастотных (ВЧ) и взаимодействующих ВЧ и НЧ ультразвуковых полях. В ходе испытаний установки получены результаты, представляющие значительный интерес с точки зрения уточнения представлений о механизме генерирования кавитационных эффектов. Установлено, что предварительная обработка жидкости в ультразвуковом поле с целью ее дегазации в течение 15–20 мин обеспечивает значительное повышение воспроизводимости измерений, особенно для жидкостей с высоким газосодержанием. На основании сопоставления результатов синхронной регистрации сигналов датчика кавитации и фотоумножителя показано, что кавитационная область после включения ультразвука проходит четыре стадии развития, различающиеся динамикой изменения интенсивности звуколюминесценции и составом регистрируемых при этом спектров кавитационного шума. Сделан вывод о возможности идентификации стадий развития кавитационной области по спектрам кавитационного шума.