Der Leistungs-Ultraschall erhöht chemische und physikalische Veränderungen in einem flüssigen Medium durch die Erzeugung und anschließende Zerstörung von Kavitation Bubbles. Wie jeder Tonwellen-Ultraschall wird über Eine Reihe von Kompressions- und Rarefaktionswellen, die in den Molekülen des Mediums induziert, durch das es passiert. Bei ausreichend hoher Leistung kann der Rarefaction-Zyklus die attraktiven Kräfte der Moleküle der Flüssigkeits- und Kavitation übersteigen Blasen werden bilden. Solche Blasen wachsen durch einen Prozess, der als korrigierter Diffusion bekannter ist, d. H. Geringe Mengen von Dampf (oder Gas) Vom Medium betritt das Medium in die Blase Während seine Expansionsphase und ist nicht vollständig ausgestoßen während Kompression. Die Blasen wachsen über den Zeitraum einiger Zyklen auf eine Gleichgewichtsgröße für die jeweilige Frequenz. Es ist das Schicksal von Diese Blasen Wann Sie Zusammenbruch in nachfolgenden Kompressionszyklen, die die Energie für chemische und mechanische Effekte erzeugt (Abbildung 2.1). Kavitation Bubble Collapse ist ein bemerkenswertes Phänomen, das in der gesamten Flüssigkeit durch die Kraft des Klangs induziert wird. In wässrigen Systemen bei einer Ultraschallfrequenz von 20 kHz Jede Kavitation Bubble Collapse fungiert als lokalisierte "Hotspot" Erzeugung von Temperaturen von etwa 4.000 K und Drücken von mehr als 1000 Atmosphären [1-3].

Abbildung 2.1: Generation einer akustischen Blase

Die Kavitation Blase hat eine Vielzahl von Effekten innerhalb des flüssigen Mediums in Abhängigkeit von die Art des Systems, in dem er erzeugt wird. Diese Systeme können breit in homogene Flüssigkeit aufgeteilt werden, heterogene Feststoffe / Flüssigkeit und heterogene Flüssigkeit / Flüssigkeit. Innerhalb chemischer Systeme Diese Drei Gruppierungen repräsentieren die meisten Verarbeitung Situationen.

2.1 Homogene Flüssigphase Reaktionen

(i) in der bulk flüssigkeit imm die Blase umgeben wo Der schnelle Zusammenbruch der Blase erzeugt Scherkräfte, die mechanische Effekte erzeugen können und

(ii) In der Blase selbst wo Jegliche Arten eingeführt während Seine Bildung wird extreme Temperaturbedingungen und Druck auf den Zusammenbruch des Zusammenbruchs unterzogen, der zu Chemikalien-Effekten führt. (Abbildung 2.2).

Abbildung 2.2: akustisch Kavitation In einer homogenen Flüssigkeit

2.2 Kavitation in der Nähe einer Oberfläche

anders als Kavitation Blase Collapse in der Bulk-Flüssigkeit, Zusammenbruch von A Kavitation Blase an oder in der Nähe einer Oberfläche ist nicht ymmetrisch Weil Die Oberfläche bietet den Widerstand gegen den Flüssigkeitsfluss von der Seite. Das Ergebnis ist ein Anstieg von Flüssigkeit überwiegend von der Seite der Blase, die von der Oberfläche entfernt ist, die zu einem leistungsstarken Flüssigkeitsstrahl resultiert, der an der Oberfläche ausgebildet ist (Abbildung 2,3). Der Effekt entspricht dem Hochdruckstrahl und ist der Grund, warum der Ultraschall für die Reinigung verwendet wird. Dieses Effekt kann auch feste Katalysatoren aktivieren und die Massen- und Wärmeübertragung durch Unterbrechung der Grenzflächengrenze in die Oberfläche erhöhen.

Abbildung 2.3: Kavitation Blase Collapse an oder in der Nähe einer festen Oberfläche

2.3 Heterogen Eous Pulver-Flüssigkeit Reaktionen

akustisch Kavitation kann produ CE dramatische Wirkungen auf Pulvern, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind (Abbildung 2,4). Oberflächenunvollkommenheiten oder eingeschlossenes Gas können als Kerne für Kavitation einwirken Blasenbildung auf der Oberfläche eines Partikels und des anschließenden Oberflächenkollapses kann dann zu Stoßwellen führen, die das Teilchen auseinander brechen. Kavitation Blase Collapse in der flüssigen Phase in der Nähe eines Partikels kann es in schneller Bewegung erzwingen. unter Diese Umstände Der allgemeine dispersive Effekt wird von Interparticle Kollisionen, die zu Erosion, Oberflächenreinigung und Benetzung der Partikel und der Partikelgröße führen können.

Abbildung 2.4: akustisch Kavitation In einer Flüssigkeit mit einem suspendierten Pulver

in heterogener Flüssigkeit / Flüssigkeit Reaktionen, cavitational Zusammenbruch bei oder in der Nähe der Schnittstelle verursacht StörungenIon und Mischen, was zur Bildung von sehr feinen Emulsionen (Abbildung 2,5).

Abbildung 2.5: Kavitation Effekte in einem heterogenen Flüssigkeit / Flüssigkeit System