12.2.4.5. Методы прямого наблюдения
Визуальные наблюдения. Визуальные наблюдения пузырьков были самым первым методом изучения кавитационных явлений. До появления высокоскоростной фотографии, могли быть зарегистрированы только образование пузырьков и волновые возмущения их поверхности. Нестационарная кавитация изучалась только по таким ее физическим проявлениям, как образование микропузырьков. Нестационарные явления характеризуются временем жизни всего в несколько периодов поля (10—50 мкс), и поэтому для фиксации их на пленке необходима прецизионная методика высокоскоростного фотографирования.
Блейк [7], работая на частоте 60 кГц, при наблюдении пузырьков выделил два типа их нестационарного поведения, которые он назвал газовым и паровым. Газовые нестационарности формировались отдельными пузырьками в фокальной области, тогда как паровые нестационарности, которые возникают при более высоких интенсивностях, формируют длинные «тяжи» и при их коллапсе возникает характерный щелкающий шум. Есть некоторая путаница в литературе при использовании терминов газовая и паровая
кавитация. Более принято в настоящее время использовать их для описания содержимого пузырьков [38, 100].
Уиллард [133] использовал киносьемку со скоростью 24—10000 кадров в секунду для того, чтобы показать, как нестационарные полости при захлопывании разваливаются, образуя облако микропузырьков.
Лаутерборн с соавт. использовали высокоскоростную фотографию и импульсную лазерную голографию для изучения поведения как одиночных, изолированных пузырьков [74], так и скоплений пузырьков [75]. В работах [6, 21, 75] приведены результаты киносъемки процесса образования микроструек при схлопывании полостей вблизи границ.
В большинстве вышеупомянутых работ использовались сравнительно низкие акустические частоты, когда резонансные размеры пузырьков достаточно большие, и они поддаются визуализации. На мегагерцевых частотах визуальное обнаружение становится затруднительным и практически возможно только для пузырьков, выросших до размеров значительно больше резонансных.
Ультразвуковая визуализация. Оптическое обнаружение пузырьков является полезным методом при исследовании кавитации в оптически прозрачных жидкостях, но его нереально использовать в непрозрачных средах, таких как биологические ткани.
Образование пузырька в тканях может быть проконтролировано при использовании эхо-импульсных ультразвуковых систем визуализации. Эти системы впервые были применены при изучении кессонной болезни [119] и позднее в работе [23]. Тер Хаар и Даниеле [54, 55] описали использование визуализирующей системы на частоте 8 МГц для обнаружения пузырьков, образующихся при воздействии ультразвука терапевтических интенсивностей на ткани млекопитающих. Минимальный диаметр газовых микропузырьков, обнаруживаемых этой системой, был 10 мкм. Более полно этот метод обсуждается в разд. 12.5.2.
