12.3.4. АКУСТИЧЕСКИЕ МИКРОПОТОКИ ВОКРУГ ПУЗЫРЬКА

Осцилляции пузырьков в звуковом поле вызывают неоднородные движения жидкости в непосредственной близости от пузырька. Из-за малого масштаба таких течений их называют микротечениями или микропотоками. Образующиеся высокие градиенты скоростей могут вызывать значительные сдвиговые напряжения на границах раздела, попадающих в зону таких микропотоков. Это может быть еще одним механизмом повреждающего действия кавитационного поля.

Элдер [29] описал картину микропотоков вокруг пузырька, возникающую при различных амплитудах осцилляций пузырьков и коэффициентах вязкости жидкости при условии, что пузырек находится на какой-либо поверхности. Характер пограничных слоев и вихрей, возникающих вокруг пузырьков, показан на рис. 12.17.

Микропотоки в цитоплазме наблюдались при возбуждении газовых включений в листьях растений под воздействием ультразвука [82, 85].

Рис. 12.17. Четыре режима акустических течений. Пузырек возбуждается поверхностью, на которой он находится, а — Поверхность сплющивает пузырек, низкоамплитудные осцилляции в жидкости с малой вязкостью; б - то же, что для а, но для более широкого диапазона амплитуд и вязкостей; в и г - при возбуждении поверхностных мод колебаний пузырька (в возникает при разрушении моды б; г возникает, когда разрушается стабильная поверхностная мода и течение возвращается к моде б) [29].

Биомакромолекулы и клетки в окрестности пузырьков будут подвергаться действию сдвиговых напряжений, возникающих из-за микропотоков (см. разд. 12.3.3). Руни [115] показал, что эти напряжения могут приводить к гемолизу, если амплитуда пульсаций превышает пороговую величину.

Градиент скорости вокруг колеблющегося пузырька радиусом связан с толщиной пограничного слоя следующим образом:

где амплитуда колебаний пузырька. Таким образом, сдвиговое напряжение равно [108, 109]