Сонолюминесценция кавитационной области воды в атмосфере инертных газов

• Автор: Гордейчук, Татьяна Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 129 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Кавитация и сонолюминесценция. Обзор основных результатов

и достижений в исследовании природы явлений

1.1. Ультразвуковая кавитация

1.1.1. Возникновение кавитации

1.1.2. Динамика кавитационного пузырька

1.1.3. Кавитационная область

1.1.4. Кавитационные эффекты

1.1.5. Влияние внешних факторов и свойств раствора

на акустическую кавитацию и кавитационные эффекты
1.2. Сонолюминесценция
1.2.1. Теории происхождения сонолюминесценции
1.2.2. Спектральные исследования сонолюминесценции насыщенных газом растворов 3
1.2.3. Сонолюминесценция одиночного пузырька Экспериментальные результаты и гипотезы
Выводы и постановка задач работы
Глава 2. Методика и техника эксперимента
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2. Регистрация и обработка спектров
2.3. Измерение общей интенсивности сонолюминесценции
и выхода звукохимических реакций
2.4. Определение поглощенной акустической мощности 56 Глава 3. Исследование механизма сонолюминесценции воды
в атмосфере инертных газов
3.1. Экспериментальные результаты
ОГЛАВЛЕНИЕ
3.2. Механизм сонолюминесценции воды
в присутствии инертных газов
3.3. Влияние свойств газов на сонолюминесценцию воды 73 Глава 4. Влияние мощности и частоты ультразвука на интенсивность
и спектральное распределение сонолюминесценции
кавитационной области воды
4.1. Экспериментальные результаты
4.2. Влияние мощности и частоты ультразвука на интенсивность
и спектры сонолюминесценции. Интерпретация результатов
Глава 5. Исследование спектров кавитационной области воды, насыщенной инертными газами, в поле интенсивного ультразвука
5.1. Спектры сонолюминесценции кавитационной области воды ближнего поля излучателя. Экспериментальные результаты
5.1.1. Влияние мощности ультразвука
5.1.2. Влияние гидростатического давления
5.2. Природа континуума в спектрах сонолюминесценции воды
Заключение ]
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Облучение жидкостей ультразвуком при определенных условиях сопровождается слабым световым излучением, получившим название сонолюминесценции [1, 2]. Впервые описанное в 1934 Френцелем и Шультесом [3], явление сонолюминесценции привлекает многих исследователей своей многогранностью, противоречивостью и постоянно возникающими открытиями. Обнаруженная в недавнее время стабильная сонолюминесценция одиночного пузырька [4] и наблюдение (возможное) акустического термоядерного синтеза (яопоИтбюп) [5] вызвали особенно острый интерес к явлению сонолюминесценции со стороны исследователей. Сонолюминесценция связана с кавитацией - сложным комплексом разнообразных физико-химических явлений, сопровождающих нелинейные пульсации парогазовых пузырьков, которые возникают в жидкости при воздействии на нее переменного давления. Процесс сжатия кавитационных пузырьков может протекать крайне интенсивно и сопровождается поразительной концентрацией энергии - до 12 порядков величины [6]. Относительно низкая плотность энергии звуковой волны (при Р = 1 атм, плотность энергии звукового поля составляет 17,3 эрг/см3 или 10"и эВ на атом) приводит к формированию внутри пузырька атомов и молекулярных частиц, находящихся в возбужденных состояниях, с энергиями возбуждения до 10 эВ. В последние годы свойство кавитационных пузырьков эффективно концентрировать энергию широко используется в звукохимии, производстве материалов, ультразвуковой очистке, биологии, медицине [7]. В связи с этим изучение процессов, протекающих внутри кавитационного пузырька, природа которых, несмотря на огромное количество монографий, обзоров и работ [1 - 12], остается во многом открытым вопросом, является актуальной задачей, имеющей научный и практический интерес.
ГЛАВА I

растворов в атмосфере двухатомных газов хорошо согласуется со спектром излучения черного тела для температуры 8800 К, в то время как для одноатомных газов это значение соответствует -11000 К. Эти результаты хорошо согласовались с теорией горячего пятна, поскольку подтверждали, что конечная температура как и ожидалось из уравнения (1.21), будет выше для газов с более высоким показателем адиабаты, т.е. одноатомных газов. Далее, поскольку в спектрах не наблюдалось каких либо линий или полос возбужденных атомов, молекул или радикалов, это также было доводом в пользу излучения черного тела.
Исследования зависимости интенсивности СЛ от природы газов были проведены Прудомом и Гуилмартом [83] и позднее Янгом [53]. В обоих исследованиях было обнаружено, что интенсивность излучения возрастает в ряду инертных газов Не<Кс<Аг<Кг<Хе. Этот эффект был обнаружен также Гунтером и др. [81] и Сринивазаном и Холройдом [83]. Данные результаты не согласовались с теорией горячего пятна, согласно которой максимальная температура внутри пузырька, а, следовательно, и интенсивность излучения черного тела должна зависеть только от показателя адиабаты газа.
В 1963 г. Хиклинг [52] предложил первую количественную модель для объяснения результатов [83]. Рассматривая схлопывание сферического пузырька в несжимаемой жидкости, он предположил, что чем выше теплопроводность газа, содержащегося в пузырьке, тем больше будут потери тепла в процессе схлопывания. Этот вывод был подтвержден Янгом в 1976 г. [53], который вывел уравнение для температуры внутри пузырька, содержащего инертный газ. Модели, предложенные Хиклингом и Янгом объясняли различие в интенсивности СЛ для газов с одинаковым показателем адиабаты, но с различной теплопроводностью.
Примерно в то же время, когда была предложена модель горячего пятна, Гриффинг и Сетте [84] предложили другой механизм, известный как термохимическая модель. Опираясь на факт, что облучение ультразвуком