12.2.5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ИЗМЕРЕННЫЕ ПОРОГИ КАВИТАЦИИ

Интенсивность ультразвука, при которой возникает акустическая кавитация в исследуемом образце, зависит от чистоты образца, его газосодержания, предыстории воздействия на него ультразвуком и внешним давлением, вязкости, температуры и давления среды, частоты ультразвука и режима импульсного воздействия, а также конфигурации ультразвукового поля в образце. Поэтому бессмысленно приводить величины порогов кавитации без детального рассмотрения условий, при которых они измерялись. Как указывает Коукли [14], величины для кавитационных порогов в воде на частоте судя по публикациям, могут изменяться от 1 до .

12.2.5.7. Влияние интенсивности ультразвука на кавитационную активность

Пока интенсивность ультразвука, воздействующего на исследуемый объем, очень мала, нет никаких признаков кавитации. Она начинается, когда интенсивность ультразвука превысит пороговый уровень. Если при дальнейшем увеличении интенсивности оказывается превышен порог нестационарной кавитации, кавитационная активность возрастает. Уровень кавитационной активности достигает плато и может даже уменьшиться при дальнейшем увеличении интенсивности ультразвука.

На рис. 12.9а приведены полученные Хиллом [64] данные, демонстрирующие зависимость уровня субгармоники и выхода свободного иода от среднего уровня интенсивности ультразвука частотой 1 МГц как в дегазированной, так и в недегазированной воде. Неппирас [99] исследовал, как возрастают уровни субгармоники и белого шума при увеличении интенсивности (рис. 12.96).

На рис. 12.9в показаны данные из работы Мортона и соавт. [93], в которой суспензия клеток облучалась ультразвуком частотой 1 МГц и контроль осуществлялся по уровню субгармоники. Полная энергия субгармоники, излученная в течение 30-минутного воздействия, определялась интегрированием сигнала. Было показано, что существует четко выраженная пороговая интенсивность, при которой возникает излучение субгармоники. При превышении этого же порога начинается лизис клеток, наблюдается повреждение их мембран (подтверждаемое прокрашиванием трипановым синим); кроме того, оставшиеся целыми клетки начинают терять способность размножения, что подтверждается экспериментом с клонированием [59].

Рис. 12.10. Частотная зависимость кавитационного порога в воде с равновесной концентрацией растворенного воздуха. Собраны данные из различных источников [64].

12.2.5.2. Влияние частоты ультразвука на порог кавитации

Хилл [64] собрал литературные данные по влиянию частоты ультразвука на кавитацию. Из этих данных в целом следует, что при увеличении частоты ультразвука требуется более высокая интенсивность для возбуждения кавитации (рис. 12.10).

12.2.5.5. Влияние импульсных режимов на кавитационную активность

Хилл и Йоши [66] при использовании импульсного режима воздействия показали, что выделение свободного иода из водного раствора возрастает, а затем уменьшается при увеличении коэффициента заполнения импульса от 0,01 до 1 при длительности импульсов в интервале от до и частоте ультразвука 2 МГц. Максимум скорости выхода свободного иона наблюдается при коэффициенте заполнения от . Эти данные приведены на рис. 12.11, а. На рис. 12.11, б показаны данные той же работы [66] по влиянию длительности импульсов ультразвука на скорость выделения свободного иода. Как видно из графика, максимальная скорость выделения свободного иода наблюдается при длительности импульса 10 мс (при коэффициенте заполнения 0,1). Полагают, что эти факты объясняются пульсациями пузырьков резонансных или близких к ним размеров.

Рис. 12.11. а — Зависимость уровня кавитации (по скорости выхода иода) от коэффициента заполнения импульса. Длительность импульса: -зависимость уровня кавитации от длительности импульса: 1 — частота средняя по пространству интенсивность в импульсе ; 2 - частота интенсивность [66].

12.2.5.4. Влияние внешнего давления на порог кавитации

Хилл [64] показал, что порог кавитации в газонасыщенной воде возрастает при увеличении внешнего давления (рис. 12.12а). Подобная связь была отмечена Галловеем [42].

Мортон с соавт. [94] продемонстрировали влияние внешнего давления на потерю клетками суспензии репродуктивной способности под действием кавитации при частоте ультразвука 1 МГц (рис. 12.9в). На рис. 12.126 показано, как повышение внешнего давления на атм влияет на величину пороговой интенсивности, при которой происходит гибель клеток. При атмосферном давлении этот порог равен а при повышении давления на

0,5 атм — При избыточном давлении 2 атм клетки выживают при интенсивности ультразвука вплоть до

12.2.5.5. Влияние газосодержания облучаемой среды на порог кавитации

Страсберг [126] показал, что амплитуда акустического давления, требуемая для возбуждения кавитации, падает при увеличении газосодержания облучаемой жидкости (рис. 12.13).

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

12.2.5.6. Влияние температуры среды на порог кавитации

Конноли и Фокс обнаружили [17], что существует линейная связь между и величиной, обратной абсолютной температуре среды, где порог кавитации (рис. 12.14). Р падает при увеличении температуры. Хотя существует очень мало опубликованных данных по влиянию температуры на кавитацию, та же самая тенденция отмечена несколькими экспериментаторами.

12.2.5.7. Влияние вязкости среды на порог кавитации

Порог кавитации растет с увеличением вязкости. Бриггс с соавт. [8] обнаружили линейную связь между и пороговой амплитудой акустического давления, тогда как Конноли и Фокс [17] показали, что связь между вязкостью и акустическим давлением почти линейна (рис. 12.15).