КАВИТА́ЦИЯ АКУСТИ́ЧЕСКАЯ

КАВИТА́ЦИЯ АКУСТИ́ЧЕСКАЯ, воз­ник­но­ве­ние в жид­ко­сти пу­зырь­ков, за­пол­нен­ных га­зом, па­ром и/или их сме­сью, под дей­ст­ви­ем аку­стич. волн. Ка­ви­та­ци­он­ные пу­зырь­ки (КП) об­ра­зу­ют­ся в жид­ко­сти в фа­зе раз­ре­же­ния аку­стич. вол­ны, ес­ли ам­пли­ту­да зву­ко­во­го дав­ле­ния пре­вос­хо­дит не­ко­то­рое кри­тич. зна­че­ние, на­зы­вае­мое по­ро­гом ка­ви­та­ции. Раз­рыв сплош­но­сти при К. а. воз­мо­жен лишь в тща­тель­но де­га­зи­ро­ван­ных, очи­щен­ных жид­ко­стях и при весь­ма вы­со­ких ин­тен­сив­но­стях ульт­ра­зву­ка. Го­раз­до бо­лее ве­роя­тен рост уже имею­щих­ся мик­ро­пу­зырь­ков и др. не­од­но­род­но­стей в жид­ко­сти – т. н. ка­ви­та­ци­он­ных за­ро­ды­шей. По­ве­де­ние КП ха­рак­те­ри­зу­ет­ся пуль­са­ци­ей, ос­цил­ля­ци­ей, рос­том, рас­ще­п­ле­ни­ем и т. п. В аку­стич. по­лях ульт­ра­зву­ко­вой час­то­ты КП весь­ма ма­лы (10^–1– 10^–4 см); в мощ­ных аку­стич. по­лях низ­ких час­тот (10–200 Гц) раз­мер КП мо­жет дос­ти­гать 1–2 см.

По­сле вклю­че­ния УЗ-по­ля про­ис­хо­дит рост чис­ла КП и за до­ли се­кун­ды ус­та­нав­ли­ва­ет­ся ста­цио­нар­ный про­цесс мно­го­пу­зырь­ко­вой ка­ви­та­ции с по­сто­ян­ным чис­лом пу­зырь­ков (т. н. раз­ви­тая ка­ви­та­ция). При этом про­ис­хо­дит де­фор­ма­ция пу­зырь­ков, их дроб­ле­ние, груп­пи­ров­ка с об­ра­зо­ва­ни­ем об­лас­тей слож­ной, из­мен­чи­вой фор­мы. Та­кие «ка­ви­та­ци­он­ные об­ла­ка» вбли­зи по­верх­но­стей из­лу­ча­те­лей ог­ра­ни­чи­ва­ют ин­тен­сив­ность их из­лу­че­ния. В ка­ви­та­ци­он­ном по­ле воз­ни­ка­ют мощ­ные гид­ро­ди­на­мич. воз­му­ще­ния: об­ра­зу­ют­ся мик­ро­по­то­ки, вы­зы­ваю­щие ин­тен­сив­ное пе­ре­ме­ши­ва­ние жид­ко­сти; в фа­зе сжа­тия воз­ни­ка­ют мик­ро­удар­ные вол­ны, спо­соб­ные раз­ру­шать весь­ма проч­ные ма­те­риа­лы.

Ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ла те­п­ло­вая тео­рия ка­ви­та­ци­он­ных яв­ле­ний, со­глас­но ко­то­рой КП пуль­си­ру­ет, вса­сы­ва­ет не­ко­то­рое ко­ли­че­ст­во га­за, а за­тем схло­пы­ва­ет­ся. При сжа­тии КП с боль­шой ско­ро­стью про­ис­хо­дит ло­каль­ный ра­зо­грев до вы­со­ких тем­пе­ра­тур; та­ким об­ра­зом мо­гут объ­яс­нять­ся мн. фи­зи­ко-хи­мич. яв­ле­ния, вы­зван­ные К. а. Од­на­ко ис­сле­до­ва­ния по­ка­за­ли, что в мно­го­пу­зырь­ко­вом ка­ви­та­ци­он­ном по­ле зна­чи­тель­ную роль иг­ра­ют взаи­мо­дей­ст­вие и де­фор­ма­ция КП, а так­же их по­сту­па­тель­ное дви­же­ние. С учё­том этих эф­фек­тов мак­си­маль­но дос­ти­жи­мая темп-ра в ре­аль­ных КП не пре­вы­ша­ет 700 °C, т. е. ока­зы­ва­ет­ся су­ще­ст­вен­но ни­же, чем тре­бу­ет те­п­ло­вая тео­рия. Те­п­ло­вая тео­рия не мо­жет объ­яс­нить мн. экс­пе­рим. фак­ты: зву­ко­лю­ми­нес­цен­цию и со­но­хи­мич. ре­ак­ции при низ­ких ин­тен­сив­но­стях ульт­ра­зву­ка (по­ряд­ка 10^–3 Вт/см²), зву­ко­лю­ми­нес­цен­цию в очень вяз­ких жид­ко­стях и в по­ли­ме­рах в мо­мент их плав­ле­ния и др.

Наи­бо­лее при­ем­ле­мой для по­ни­ма­ния при­ро­ды зву­ко­лю­ми­нес­цен­ции и со­но­хи­мич. ре­ак­ций яв­ля­ет­ся тео­рия ло­каль­ной элек­три­за­ции. Со­глас­но этой тео­рии, пуль­са­ция пу­зырь­ков при­во­дит к их рос­ту, де­фор­ма­ции и рас­ще­п­ле­нию. В жид­ко­сти у по­верх­но­сти раз­де­ла с пу­зырь­ком об­ра­зу­ет­ся двой­ной элек­три­че­ский слой, в ре­зуль­та­те «смы­ва­ния» диф­фуз­ной час­ти ко­то­ро­го воз­ни­ка­ет не­ском­пен­си­ро­ван­ный элек­трич. за­ряд. При до­с­ти­же­нии кри­тич. на­пря­жён­но­сти элек­трич. по­ля про­ис­хо­дит элек­трич. про­бой внут­ри пу­зырь­ка, чем и объ­яс­ня­ют­ся зву­ко­лю­ми­нес­цен­ция и со­но­хи­мич. ре­ак­ции в «хо­лод­ном» КП.

В кон. 20 в. в сим­мет­рич­ной стоя­чей вол­не в де­га­зи­ро­ван­ной жид­ко­сти об­на­ру­же­но воз­ник­но­ве­ние од­но­пу­зырь­ко­вой К. а., при ко­то­рой, в от­ли­чие от обыч­ной мно­го­пу­зырь­ко­вой К. а., дос­ти­га­ют­ся бо­лее вы­со­кие тем­пе­ра­ту­ры. В свя­зи с этим про­во­дят­ся ис­сле­до­ва­ния, на­прав­лен­ные на соз­да­ние УЗ тер­мо­ядер­ной ус­та­нов­ки.

К. а. и свя­зан­ные с ней фи­зи­ко-хи­мич. яв­ле­ния на­хо­дят ши­ро­кое при­ме­не­ние в разл. тех­но­ло­гич. про­цес­сах с це­лью дис­пер­ги­ро­ва­ния твёр­дых тел, де­га­за­ции жид­ко­сти, эмуль­ги­ро­ва­ния не­сме­ши­ваю­щих­ся жид­ко­стей, ини­ции­ро­ва­ния и ус­ко­ре­ния хи­мич. ре­ак­ций и т. п. Осо­бое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ло ис­поль­зо­ва­ние К. а. для очи­ст­ки по­верх­но­стей де­та­лей, для УЗ-пай­ки и свар­ки. К. а. при­ме­ня­ет­ся в био­ло­гии и ме­ди­ци­не для обез­вре­жи­ва­ния и сте­ри­ли­за­ции жид­ко­стей, вы­де­ле­ния био­ло­ги­че­ски ак­тив­ных ве­ществ из рас­ти­тель­ных кле­ток, а так­же при хи­рур­гич. опе­ра­ци­ях с ис­поль­зо­ва­ни­ем фо­ку­си­рую­щих УЗ-пре­об­ра­зо­ва­те­лей.