АКУСТИЧЕСКОЕ ТЕЧЕНИЕ И КАВИТАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН В ЖИДКОСТЯХ

Аннотация

Акустическое течение и кавитация ультразвуковых волн в жидкостях представляют собой важные явления в области физики жидкостей и акустики, которые оказывают значительное влияние на разные инженерные и научные приложения. Акустическое течение появляется в результате взаимодействия ультразвуковых волн с жидкостями, создавая локальные(местные) потоки и вихри в микроскопическом масштабе. Это явление имеет огромное применение в таких областях, как УЗИ, акустическая кавитация и очистка поверхностей. Кавитация, в свою очередь, связана с образованием и разрушением пузырьков в жидкости, что происходит при высоких ультразвуковых амплитудах и может сопровождаться выделением энергии и локальными температурными пиками. Этот процесс имеет важное значение для разработки новых методов обработки материалов, а также в таких технологиях, как ультразвуковая эмульсификация, разрушение клеток в биологических исследованиях и чистка поверхностей. В работе рассматриваются механизмы акустического течения и кавитации, их влияние на свойства жидкостей и эффективность технологических процессов. www.pedagoglar.org 40-to’plam 1-qism Fevral 2025 150 Ta'limda raqamli texnologiyalarni tadbiq etishning zamonaviy tendensiyalari va rivojlanish omillari Ключевые слова: Акустическое течение, кавитация, ультразвуковые волны, ультразвуковая кавитация, пузырьки кавитации, акустическая волна,механизмы кавитации, ультразвуковая диагностика, ультразвуковая эмульсификация. Актуальность: По физический сущности УЗ не отличается от звука и представляет собой механическую волну. Ультразвуковые волны – это механические колебания, с частотой выше 20 кГц. Ультразвуковые колебания перемещаются в форме волны, подобно распространению света. Однако в отличие от световых волн, которые могут распространяться в вакууме, ультразвук требует упругую среду такую как газ, жидкость или твердое тело. Основными параметрами волны являются длина волны и период. Дисперсия звука — зависимость фазовой скорости однотонных звуковых волн от их частоты. Изменение скорости звука может быть обусловлено как физическими характеристиками среды, так и наличием в ней посторонних элементов и присутствием границ тела, в котором звуковая волна распространяется. Разновидности ультразвуковых волн: Большинство методов ультразвукового исследования используют либо продольные, либо поперечные волны. Также существуют и другие формы распространения ультразвука, включая поверхностные волны и волны Лэмба. Продольные ультразвуковые волны – волны, направление распространения которых совпадает с направлением смещений и скоростей частиц среды. Поперечные ультразвуковые волны – волны, распространяющиеся в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой лежат направления смещений и скоростей частиц вещества, то же самое, что и сдвиговые волны. Акустическое течение (акустический или звуковой ветер) — регулярное движение среды в звуковом поле большой интенсивности. Оно возникает как в свободном неоднородном звуковом поле, так и (особенно) вблизи различных видов препятствий. Оно используется для изучения механики жидкостей в организмах, например, в крови или межклеточной жидкости. Оно также может быть полезным в www.pedagoglar.org 40-to’plam 1-qism Fevral 2025 151 Ta'limda raqamli texnologiyalarni tadbiq etishning zamonaviy tendensiyalari va rivojlanish omillari медицинской диагностике и терапии, например, в ультразвуковой терапии, где акустические волны используются для воздействия на ткани с целью их нагрева или стимуляции клеточных процессов.Кроме того, акустическое течение может быть связано с эффектами в клеточной мембране, где ультразвуковые волны способны изменять проницаемость мембран для различных ионов или молекул, что открывает новые возможности для доставки лекарств и проведения медицинских процедур. Кавитация — это образование в жидкости пузырьков пара и их мгновенное схлопывание. Этот процесс происходит в отдельных точках насоса, где давление падает ниже давления парообразования перекачиваемой жидкости. Давление парообразования вещества — это давление, при котором жидкость начинает кипеть или испаряться. Гидродинамическая кавитация. Поскольку в реальной жидкости всегда присутствуют микроскопические пузырьки газа или пара, то, двигаясь с потоком и попадая в область давления 𝑝<𝑝 кр p<p кр , они теряют стабильность и начинают развиваться бесконтрольно (см. рис. 1). После перехода в зону более высокого давления и исчерпания кинетической энергии расширяющейся жидкости, рост пузырька прекращается, и он начинает уменьшаться. Если пузырёк содержит достаточно много газа, он восстанавливается после достижения минимального радиуса и совершает несколько циклов затухающих колебаний. Если газа мало, пузырёк полностью схлопывается уже в первый период своего существования. Таким образом, вблизи обтекаемого объекта (например, в трубе с местным сужением, см. рис. 2) образуется хорошо ограниченная "кавитационная зона", наполненная движущимися пузырьками. Сжатие кавитационного пузырька происходит с высокой скорость