超音波照射によって液体中に誘起される流れ

超声波照射引起液体流动

基本信息

批准号：
12750166
负责人：
野村信福
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

超音波照射によって液体中に誘起される流れのメカニズムを明らかにするために,シュリーレン法と音響化学発光による音場の可視化実験,高速ビデオ,レーザードップラー流速計(LDV),超音波流速計(UVP)を用いた速度計測を実施した.まず,周波数40kHZ,最大出力400Wの投げ込み式超音波洗浄器を利用して水槽内に定在波音場を形成させ液中に発生する流れを調べた.定在波音場では,(1)音圧の節を中心として,1/3波長スケールの上下1対の"お椀"型の音響キャビテーションの気泡雲(クラウド・キャビテーション)が存在し,(2)このクラウド全体は数cm/s〜6cm/sで音場中を準周期的に移動する.さらに,(3)このクラウド内部の気泡自身は数m/s〜6m/sの速度で運動する2重構造を有する音響キャビテーション流れが発生することを明らかにした.超音波は液体中で瞬時に定在波を形成するが,立体的な拡がりをもった水槽内で振動面の大きさが水槽内の大きさと比べて極端に小さい場合は,定在波としての性質が薄れ進行波としての性質が現れる.次に,周波数61kHz,最大出力20Wの小型のホーン型振動子を用いてホーン先端から発生する流れについて詳細に調べた.(4)ホーン先端には円錐状のクラウド・キャビテーションが観察され,(5)ホーン先端からは速度一定のポテンシャル・コア領域、それ以降では距離の逆数に比例して減速していく速度0.1〜0.8m/sの音響キャビテーション噴流が発生する。さらに,(6)この噴流が熱伝達率を飛躍的に増加させることを確認した.音響キャビテーション流れや音響キャビテーション噴流の発生は,従来の超音波音響流とは全く独立して存在する.これらの流れは音響キャビテーションが音響放射力を受けて音場中を移動することにによって引き起こされる.

为了阐明超声辐照在液体中诱发流动的机理，我们利用Schlieren方法和声化学发光、高速视频、激光多普勒测速（LDV）和超声测速（UVP）进行了声场可视化实验。我们使用了频率为40kHz、最大输出为400W的浸入式超声波清洗机，在水族箱内部产生驻波声。我们通过形成场来研究液体中产生的流动。在驻波声场中，（1）声压节点周围1/3波长尺度中心上有一对上下“碗”形声空化泡；存在云（云空化），并且（2）整个云在声场中以几厘米/秒至6厘米/秒的速度准周期移动。此外，（3）该云内部的气泡本身是结果表明，产生了以 m/s 至 6 m/s 的速度运动的双结构声空化流。超声波在液体中瞬间形成驻波，但它们以 3 维的尺寸传播。水族箱内的振动面与水族箱内部的尺寸相比非常小，驻波特性会减弱，行波特性会出现。接下来，频率为61kHz，最大输出我们使用功率为 20 W 的小型喇叭形振动器详细研究了从喇叭尖端产生的流动。（4）在喇叭尖端观察到圆锥形云空化，（5）从喇叭尖端观察到恒定速度观察到在喇叭的尖端区域及其以外，产生速度为 0.1 至 0.8 m/s 的声空化射流，其减速与距离的倒数成比例。此外，（6）我们证实这种射流显着提高了传热系数。声空化流和声空化射流的产生完全独立于常规超声声流而存在。流动是由声空化在声场下移动引起的。声辐射力的影响。