Динамика и свечение пузырькового кластера в фокусируемой биполярной акустической волне

• Автор: Санкин, Георгий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 121 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Введение

1.2. Практические приложения кавитации

1.3. Модели сонолюминесценции

1.4. Трансформация импульсных волн давления

1.5. Задачи работы

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Введение

2.2. Устройство и оптимизация действия электромагнитного генератора плоских и сферических акустических импульсов
2.3. Измерение параметров ударных волн и кавитации
2.3.1. Пьезодатчики регистрации профиля ударных волн
2.3.2. Волоконно-оптический датчик ГОРН
2.3.3. Высокоскоростная киносъемка и фоторегистрация
2.3.4. Генератор лазерных пузырьков
2.4. Измерение поля давлений для плоского и сферического излучателей
2.5. Методика измерения скорости ударного фронта
2.6. Выводы к главе 2

ГЛАВА 3. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ФОКУСИРОВКЕ УДАРНО-АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ ВДАЛИ ОТ ГРАНИЦ ЖИДКОСТИ
3.1. Введение
3.2. Докавитационный режим
3.3. Кавитационный режим
3.4. Математическое моделирование
3.5. О двух механизмах кавитации
3.6. Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. КАВИТАЦИЯ И СВЕЧЕНИЕ ПРИ ФОКУСИРОВКЕ УДАРНЫХ ВОЛН ВБЛИЗИ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
4.1. Введение
4.2. Особенности свечения при кавитации вблизи свободной поверхности
4.3. Динамика пузырьковых кластеров вблизи свободной поверхности
4.4. Поле давлений
4.5. Свечение
4.6. Модельные эксперименты
4.7. Выводы к главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Исследования динамики одиночного пузыря и пузырьковых кластеров при фокусировке акустических волн в разнообразных жидких средах являются актуальными задачами в гидродинамике и акустике многофазных сред [1-5]. Новые знания в этих областях важны для исследования проблем сонолюминесценции и сонохимии. Результаты этих исследований могут носить и прикладной характер, в частности, для развивающихся медицинских приложений, в литотрипсии и лечении рака [6-8].
Сонолюминесценция, открытая в ультразвуковых волнах в начале тридцатых годов [9, 10], изучалась в основном в поле стационарных звуковых и ультразвуковых волн. Работы по этой проблеме перешли в новую плоскость после работ Гайтана [11] по исследованию сонолюминесценции в сферическом ультразвуковом резонаторе. После данных работ свечение стали делить на однопузырьковое (SBSL - single-bubble sonoluminescence) и многопузырьковое (MBSL - multi-bubble sonoluminescence). Достигнут значительный прогресс по исследованию одиночного лазерного пузырька на стадии коллапса [12, 13]. Однако, основной массив работ, выполняемых в настоящее время большим числом исследователей ведется преимущественно для стационарных излучателей. Такие постановки не позволяют контролировать динамику соновспышек в корреляции с динамикой пузырьков. Поэтому, для подобных постановок остается открытым вопрос о фазе колебаний пузырька и моментов излучения света [14]. Для решения этой задачи имеет смысл изучать свечение жидкостей в импульсном режиме, соответствующем первому периоду ультразвуковой волны. В импульсной постановке возможно наблюдение всей динамики кавитационных процессов и свечения на протяжении зарождения, роста, и вплоть до коллапса пузырьков.

МП—_j
HZHUH

Рис. 2,8. Схема включения ФЭУ-35. 1 - катод, 2-9 - днноды, 10 - анод,
R1 - 200 кОм, R2...R7 - 100 кОм, R8, R9 -150 кОм, RIO - 6.8 кОм.
Наблюдение собственного свечения кавитационной зоны велось с помощью ФЭУ-35 (анодная чувствительность ~10 а/лм, спектральный диапазон 300-600 нм, временное разрешение 0.15 мкс, диаметр фотокатода 35 мм), включение которого в электрическую цепь показано на рис. 2.8, и фотоэлектронного умножителя R5600U-06 (Hamamatsu, спектральный диапазон 260-530 нм, временное разрешение 5.8 не, диаметр фотокатода 8 мм). Для измерения пространственного распределения излучения применена фокусирующая система с квадратной диафрагмой (длина стороны а = 1.2 мм) и 50 мм объектив (Nikon). Значит, ошибка синхронизации между волной и вспышками света составляла а/с = 0.9 мкс (с - скорость звука ).