Скорость звука в различных средах. Волновое уравнение, его решения для плоской волны, волновое число, удельное акустическое сопротивление. Испарение капель в неподвижном газе, не содержащем пара, страница 3

Акустические течения являются причиной возникновения акустической турбулентности и приводят к интенсификации тепловых, массообменных и гидродинамических процессов.

Пульсация пузырьков происходит в акустическом поле не большой интенсивности. Вокруг пульсирующего пузырька возникают пандемоторные силы (силы Бъеркнесса), воздействующие на твёрдые частицы, которые движутся к пузырьку и налипают на него - возникает флотационный эффект - частицы всплывают вместе с пузырьком. Силы Бъеркнесса действуют только до определённого расстояния (радиус захвата), на большем расстоянии частицы отталкиваются от пузырька за счёт сил вязкостного трения. Радиус захвата:

,

где: r - радиус частицы, R - радиус пузырька,  - плотность материала частицы, - вязкость среды, Т - период колебаний пузырька.

При  (что может быть при большой вязкости среды, большом периоде колебаний) частицы не налипают на пузырёк, даже если они находятся в непосредственной близости. Силы Бъеркнесса пропорциональны квадрату отношения амплитуды давления в волне к расстоянию от частицы до пузырька:

.

        Максимальное действие сил Бъеркнесса наблюдается при L = R/T.

Пульсирующие пузырьки под действием сил Бъеркнесса двигаются к стенке или в сужающуюся щель, что является причиной интенсификации процессов сушки и пропитки при акустическом воздействии. Скорость движения пузырька к стенке можно оценить:

,

       здесь: Р_о - давление в не возмущенной среде,  - параметр вязкости.

В среде с пульсирующими пузырьками наблюдается явление выпрямленной (односторонней) диффузии - возрастание коэффициента диффузии газа в жидкость. Кроме сил Бъеркнесса при акустическом воздействии в среде возникают и другие пандемоторные силы:

16.Кавитация.

Кавитация -  разрыв сплошной среды. Твёрдые тела имеют предел прочности, аналогичный предел прочности имеют и жидкости. Если в замкнутом цилиндре с поршнем находится жидкость, а к поршню приложить растягивающее усилие, то в какой то момент жидкость порвётся, образуется полость - кавитационную полость. При акустическом воздействии на жидкость в волне разряжения при некотором давлении  разряжения может возникнуть разрыв жидкости и образуется кавитационная полость. Для воды теоретический порог возникновения кавитации Р_к = 150 МПа, практически для чистой обезгаженой воды Р_к = 28 МПа, а для воды обычного качества Р_к = 8 МПа, так как разрыв жидкости (образование кавитационного пузыря) начинается на неоднородностях среды, снижающих её прочность. Под действием волны разряжения кавитационная полость увеличивается, (кавитационный пузырь растёт). При прекращении волны разряжения пузырь продолжает расти за счёт инерции жидкости у движущихся стенок пузыря до некоторого (максимального) размера R_max, при этом  внутри пузыря возникает разряжение и пузырь начинает уменьшаться (схлопываться) до минимального размера R_min. Процесс схлопывания продолжается и после того как давление в нём достигнет давления в не возмущенной среде за счёт инерции жидкости, при этом давление в пузыре может достигать  Па. Процесс сжатия из за высокой скорости идёт адиабатно, соответственно меняется и температура газа в нём:

                                     ,

при этом температура может достигать 3000 К. При таких параметрах в пузыре появляются явления, такие как электрические разряды, люминесценция, диссоциация и ионизация молекул, образование свободных радикалов, более того, эти параметры близки к параметрам, при которых возможны термоядерные реакции.

Максимальная температура в пузырьке:

,

здесь: Т_о, Р_о - абсолютная температура и давление невозмущённой среды, Р - давление в пузырьке при максимальных размерах.

Давление в пузырьке (по Рэлею):

,

где:  - коэффициент сжимаемости жидкости, R - текущий размер пузырька.

Для воды:            .