НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o100.pdf (919.50Кб)

УДК 534.2; 615.47:616-71

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Применяемые в настоящее время методы контроля ультразвуковой кавитации в диапазоне от 20 кГц до 80 кГц используют либо контроль параметров источника ультразвука (амплитуды, акустической мощности и др.), либо контроль одного из эффектов кавитации (эрозии материалов, сонолюминесценции, мощности акустического шума и др.). Эти методы обеспечивают эффективное управление технологическими процессами, однако не позволяют связать оцениваемый эффект с параметрами пульсаций кавитационных пузырьков. Это связано преимущественно с влиянием ряда неконтролируемых параметров, в частности, температуры, состава жидкости, газосодержания и др., а также со сложностью установления взаимосвязи оцениваемого эффекта с параметрами пульсаций. В результате контролируемые параметры ультразвуковой кавитации в большинстве случаев трудно сопоставимы между собой, а количественные характеристики процессов оказываются зависящими от типа ультразвуковой установки и условий их измерения.
В связи с этим представляют интерес методы, основанные на определении параметров пульсаций пузырьков путем зондирования кавитационной области низкоинтенсивным лазерным излучением или на регистрации субгармоник кавитационного шума, отражающих динамику изменения радиуса кавитационных пузырьков.
Метод оптического зондирования позволяет путем анализа спектральных компонент рассеянного сигнала, регистрируемого фотоприемником, определить фазу схлопывания пузырьков относительно звуковой волны, скорость движения стенки пузырьков и оценить индекс кавитации в пределах сечения светового луча. Метод регистрации субгармоник кавитационного шума позволяет определить средние для кавитационной области параметры пульсаций.
Названные методы позволяют изучать механизмы действия кавитации и формировать количественные критерии ее эффективности на основе физических процессов, а не их следствий, и удобны для организации обратной связи в установках, использующих ультразвуковую кавитацию.

1. Физика и техника мощного ультразвука. В 3 т. Т. 2. Мощные ультразвуковые поля / под ред. Л.Д. Розенберга. М. : Наука, 1968. 267 с.
2. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. М.: Химия, 1986. 288 с.
3. Миллер Э., Хилл К., Бэмбер Дж., Дикинсон Р., Фиш П., тер Хаар Г. Применение ультразвука в медицине: физические основы: пер. с англ. / ред. Л. Хилл. М.: Мир, 1989. 568 с.
4. Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами: учеб. пособие для вузов / под ред. С.И. Щукина. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 222 с.
5. Саврасов Г.В. Технологии ультразвуковой хирургии: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. 36 с.
6. Маргулис М.А. Сонолюминесценция // Успехи физических наук. 20 0 0. Т. 170, № 3. С. 263-287.
7. Келлер О.К., Кратыш Г.С., Лубяницкий Г.Д. Ультразвуковая очистка. Л.: Машиностроение, 1977. 184 с.
8. Ланин В.Л., Дежкунов Н.В., Томаль В.С. Приборное обеспечение измерения параметров ультразвуковых воздействий в технологических процессах // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2008. № 2. С . 51-55
9. Абрамов О.В., Абрамов В.О., Муллакаев M .С., Артемьев В.В. Анализ эффективности передачи ультразвуковых колебаний в нагрузку // Акустический журнал. 2009. Т . 55, № 6. С . 828-844.
10. Бэтчелор Г.К. Волны сжатия в суспензии газовых пузырьков в жидкости // Механика: сб. переводов иностр. ст. 1968. Т . 109, № 3. С . 65-84. [Batchelor G.K. Compression waves in a suspension of gas bubbles in liquid // Fluid Dynamics Transactions. Warszawa, 1967. Vol. 4. P. 425-445.].
11. Niemczewski B. Cavitation intensity of water under practical ultrasonic cleaning conditions // Ultrasonics Sonochemistry. 2014. Vol. 21, iss. 1. P. 354-359.
12. Overton G.D.N., Williams P.R., Trevena D.H. The influence of cavitation history and entrained gas on liquid tensile strength // Journal of Physics D: Applied Physics. 1984. Vol. 17, iss . 5. Article n o. 012 , pp . 979-987 . DOI: 10.1088/0022-3727/17/5/012
13. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский А.М. и др. Физические величины: Справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
14. Пасынский А.Г. Коллоидная химия: учеб. пособие / под ред. акад. В.А. Каргина. М.: Высшая школа, 1959. 265 с.
15. Niemczewski B. Maximisation of cavitation intensity in ultrasonic cleaning in aqueous solutions through selection of salt solution // Transactions of the Institute of Metal Finishing. 2011. Vol. 89, iss . 2. P . 104-108.
16. Маргулис И.М., Маргулис М.А. Измерение акустической мощности при исследовании кавитационных процессов //Акустический журнал. 20 05. Т . 1, № 6. С . 802-812.
17. Hueter T.F., Bolt R.H. Sonics. Techniques for the use of sound and ultrasound in engineering and science. N.Y.: John Wiley & Sons ; London: Chapman & Hall, 1955. 456 p.
18. Маргулис И.М., Маргулис М.А. О механизме свечения при акустической и лазерной кавитации // Акустический журнал. 2006. Т . 52, № 3. С . 340-350.
19. Son E., Lim M., Khim J., Ashokkumar M. Acoustic emission spectra and sonochemical activity in a 36 kHz sonoreaktor // Ultrasonics Sonochemistry. 2012. Vol. 19, iss. 1. P. 16-21. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2011.06.001
20. Санкин Г.Н. Свечение при сферической фокусировке акустических импульсов // Акустический журнал. 2006. Т . 52, № 1. С . 105-116.
21. Macedo R., Verhaagen B., Rivas D.F., Versluis M., Wesselink P., van der Sluis L. Cavitation measurement during sonic and ultrasonic activated irrigation // Journal of Endodontics. 2014. Vol. 40, iss. 4. P. 580-583.
22. Suslick K.S., Eddingsaas N.C., Flannigan D.J., Hopkins S.D., Xu H. Extreme conditions during multi-bubble cavitation: Sonoluminiscence as a spectroscopic probe // Ultrasonic Sonochemistry. 2011. Vol. 18, iss. 4. P. 842-846. DOI:10.1016/j.ultsonch.2010.12.012
23. Komarov S., Oda K., Ishiwata Y., Dezhkunov N. Characterization of acoustic cavitation in water and molten aluminum alloy // Ultrasonics Sonochemistry. 2013. Vol. 20, iss. 2. P. 754-761. DOI:10.1016/j.ultsonch.2012.10.006
24. Физика и техника мощного ультразвука. В 3 т. Т. 3. Физические основы ультразвуковой технологии / под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука, 1970. 685 с.
25. Pereira A.H., Tirapelli C.B., Rodolpho L.A. Ultrasonic dental scaler performance assessment with an innovative cavitometer // American Journal of Applied Sciences. 2010. Vol. 7, iss. 3. P. 290-300.
26. Tzanakis I.A., Eskin D.G., Georgoulas A.B., Fytanidis D.K. Incubation pit analysis and calculation of the hydrodynamic impact pressure from the implosion of an acoustic cavitation bubble // Ultrasonics Sonochemistry. 2014. Vol. 21, iss. 2. P. 866-878. DOI:10.1016/j.ultsonch.2013.10.003
27. Sijl J., Vos H.J., Rozendal T., de Jong N., Lohse D., Versluis M. Combined optical and acoustical detection of single microbubble dynamics // Journal of the Acoustical Society of America. 2011. Vol. 130, iss. 5. P. 3271-3281.
28. Скворцов С.П., Нечаев В.И. Определение интенсивности кавитации по параметрам кавитационного шума // 16-я Международная научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья»: матер. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. C . 34-36. 
29. Скворцов С.П., Нечаев В.И., Масленков Н.С., Кравченко А.П. Экспериментальное исследование модели пульсации пузырьков в ультразвуковой кавитационной области // 16-я Международная научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья»: матер. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. C . 36-38.
30. Скворцов С.П., Змиевской Г.Н., Воронин А.А. Оптический контроль кавитационных эффектов низкочастотного ультразвука // 3-я Российская научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья»: матер. Ч.1. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. С. 38.
31. Змиевской Г.Н., Ломакин А.А., Терешкина Д.В., Скворцов С.П. Оптический контроль параметров кавитирующей среды в ультразвуковой хирургии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003. № 9. С. 18-25 .
32. Змиевской Г.Н., Крылов Ю.В., Скворцов С.П. Исследование возможностей оптического зондирования кавитирующей жидкости при ультразвуковом воздействии // Биомедицинская радиоэлектроника. 2006. № 10. С . 32-36.
33. Zmievskoy G., Skvortsov S. Ultrasound Cavitation Detection by Means of Optical Probing // Proceedings of 6th Russian-Bavarian Conference on Biomedical Engineering. Moscow, 2010. P. 121-122.
34. Скоков В.Н., Решетников А.В., Виноградов А.В., Коверда В.П. Динамика флуктуаций и 1/f спектры при акустической кавитации жидкостей // Акустический журнал. 2007. Т . 53, № 2. С . 168-172 .