Karakterizacija kavitacije pod konico ultrazvočne sonotrode s predlogom akustičnega kavitacijskega parametra
datum: 11.10.2022
kategorija: Sporočila za javnost
Raziskovalci Laboratorija za vodne in turbinske stroje (LVTS) so izvedli eksperimentalno študijo na področju akustične kavitacije, katere glavni cilj je bila določitev novega akustičnega kavitacijskega števila. Rezultati študije so objavljeni v priznani reviji Ultrasonics Sonochemistry (IF: 9,336).
Slika 1: Tipični primer kavitacije na konici 20 kHz ultrazvočne sonotrode premera 4,8 mm
Kavitacija je kot fizikalni pojav posledica hipnega, lokalnega zmanjšanja tlaka v kapljevini in se kaže kot nastanek majhnih parnih mehurčkov, ki ob kolapsu lahko povzročajo vrsto težav. Najpogosteje se kavitacija poplavlja na vodnih turbinskih strojih ali raznih zožitvah (npr. šobe za vbrizg goriva v motorjih z notranjim zgorevanjem) in ventilih. Prisotnost kavitacije lahko povzroči padec izkoristka stroja ali naprave, hrup, vibracije in česar se inženirji najbolj bojijo t.i. kavitacijske erozije – poškodb na materialu. V osnovi lahko kavitacijo delimo na hidrodinamsko, ki nastane v toku kapljevine zaradi obtekajočega telesa in akustično, ki je posledica akustičnega valovanja skozi kapljevino. Dandanes se kavitacijo tudi s pridom uporablja na več področjih npr. v medicini, za čiščenje površin, pri obdelavi pitne ali odpadne vode itd.
Na področju hidrodinamske kavitacije je že vrsto let uveljavljeno t.i. kavitacijsko število, s katerim lahko na grobo opišemo pojavnost in velikost formirane kavitacije. Kljub nekaterim pomanjkljivostim se kavitacijsko število pogosto uporablja predvsem za relativno primerjavo kavitacijskih razmer v dvofaznih tokovih. Z njim lahko napovedujemo verjetnost nastopa kavitacije ter stopnjo razvitosti pojava pri danih tokovnih razmerah, kar je še posebej pomembno v inženirski praksi.
Na področju akustične kavitacije podobnega parametra, ki bi popisal kavitacijsko stanje do sedaj še ni bilo. Uporaba ultrazvočnih sonotrod oz. homogenizatorjev je močno razširjena na področjih biologije, kemije, farmacije in varstva okolja, vendar pa kljub temu prisotni fizikalni pojavi še niso povsem raziskani.
S parametrično študijo, kjer so raziskovalci sistematično spreminjali okoliški tlak, premer in potopitev konice, amplitudo gibanja konice ter lastnosti kapljevine, so izpeljali empirično enačbo, s katero lahko grobo napovemo kavitacijsko stanje pod konico sonotrode. S pomočjo rezultatov objavljenih v omenjeni reviji so tako dodali košček znanja v mozaik, katerega bodo lahko v prihodnosti uporabili drugi raziskovalci tako za nadaljnje bazične raziskave kot tudi za aplikativne študije.
Slika 2: Eksperimentalna proga (levo) s sekvencami slik hitre vizualizacije pri različnih obratovalnih pogojih (desno)
Povezava do članka: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106159.
