Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

06.05 Акустическая кавитация, сонолюминесценция

 

Попов И.И., Николаев В.А. «Диэлектрическое эхо на газовых пузырьках в жидкости» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 7. “Спектроскопия, диагностика и томография неоднородных сред”, с. 55-56 (2006)

Исследовано взаимодействие неоднородностей солевых растворов путем регистрации параметров колебаний газовых пузырьков в ненасыщенном солевом водном растворе. Колебания частиц солевого раствора (ионов, ионных пар, молекул растворителя) и формы газовых пузырьков и вращательные их движения вдоль оси симметрии можно представить колебаниями соответствующей группы осцилляторов с разбросом их собственных частот в пределах определенного спектра. В дальнейшем частицы солевого раствора будем называть ЧСР. Эти колебания запускаются двумя длинными импульсами однородного электрического поля, прикладываемыми друг за другом к обкладкам управляющему конденсатора через временной интервал, соизмеримый с их длительностью. Информация о вращательных колебаниях ЧСР определялась путем регистрации эхо-отклика системы осцилляторов, определяемого фурье-образом функции их распределения по вращательным частотам с некоторым «весом», взятым в момент времени t=(n+1)Δt, где Δtt – длительность импульсов электрического поля, n = 0, 1, 2, …

Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 7. “Спектроскопия, диагностика и томография неоднородных сред”, с. 55-56 (2006) | Рубрика: 06.05

 

Магарян К.А., Еремчев И.Ю., Каримуллин К.Р., Васильева И.А., Наумов А.В. «Люминесцентная микроскопия малых ансамблей квантовых точек CdSe, выращенных в жидкокристаллической матрице октаноата кадмия» Труды школы-семинара “Волны-2016”. Секция “Спектроскопия и томография”, с. 41-43 (2016). 66 с.

Проведено исследование малых ансамблей квантовых точек CdSe размером 2,3 нм (вплоть до единичных нанообъектов), выращенных в жидкокристаллической матрице октаноата кадмия, одного из представителей алканоатов металлов.

Труды школы-семинара “Волны-2016”. Секция “Спектроскопия и томография”, с. 41-43 (2016). 66 с. | Рубрика: 06.05

 

Агрест Э.М., Кузнецов Г.Н., Мельников Н.П. «Расчетно-экспериментальное исследование пространственно-временных характеристик кавитационной зоны» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 54 (2017)

На основе данных высокоскоростной киносъемки и компьютерного моделирования исследованы радиальное и поступательное движение одиночных кавитационных полостей, взаимодействующих между собой и образующих нестационарную кавитационную зону. Показано, что характеристики зоны кавитации существенно зависят от стадяи ее развития, пространственных характеристик звукового поля, вязкости жидкости и статического давления. Сделан вывод о необходимости совместного рассмотрения закономерностей радиального и поступательного движения полостей и важности учета их взаимодействия. Приведены примеры и анализируются физические причины интенсивных пространственных перемещений нестабильных полостей. Установлено, что спектральные характеристики кавитационного шума непосредственно связаны с динамикой кавитационных полостей и стадией развития кавитации, а также зависят от газосодержания воды и статического давления.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 54 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Елистратов В.П., Кузнецов Г.Н., Мельников Н.П. «Исследование взаимосвязи кавитационной прочности с различными параметрами морской воды» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 59 (2017)

Исследованы физические зависимости и корреляционной связи порогов возникновения кавитации (ПВК), измеренных в различных районах Атлантического, Индийского и Тихого океанов, с гидрологическими, гидрофизическими и гидрохимическими характеристиками морской воды. Подтверждено существование широтного эффекта (ШЭ) и установлена повышенная статистическая связь ПВК с общим газо- и кислородосодержанием, температурой и щелочностью. Показано влияние на ПВК зон дивергенции и конвергенции, а также морских течений.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 59 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Андреев В.Г., Свиридов А.П., Тамаров К.П., Тимошенко В.Ю. «Кавитация и нагрев суспензий наночастиц в поле бегущей ультразвуковой волны» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 64 (2017)

Изучены эффекты нагрева и ультразвуковой кавитации в суспензиях селективно модифицированных наночастиц мезопористого кремния, которые планируется использовать в качестве твердотельных соносенсибилизаторов с контролируемыми структурными и физико-химическими свойствами. Селективность модификации достигается использованием гексана в качестве наностоппера, который предохраняет внутреннюю поверхность пор от окисления и оставляет их гидрофобными. Это позволяет пузырькам воздуха оставаться внутри пор в водной суспензии наночастиц, что должно значительно снижать порог акустической кавитации. К гидрофильной внешней поверхности наночастиц могут быть конъюгированы биосовместимые полимеры, такие как декстран и термочувствительный полимер, которые помогают стабилизировать суспензии наночастиц в биологических жидкостях, а также повысить время нахождения соносенсибилизатора в организме. Приводятся результаты расчетов дополнительного нагрева кремниевых суспензий при облучении их ультразвуком различной интенсивности и частоты. Определены концентрации суспензий кремниевых частиц заданного размера, при которых поглощение ультразвука превосходит поглощение УЗ в дистиллированной воде. Показано что для наблюдения заметного поглощения УЗ частотой 2 МГц в суспензиях кремниевых наночастиц со средним размером менее 100 нм их концентрация должна быть более 1 г/л. Проведено численное моделирование динамики пузырька в ультразвуковом поле в условиях, близких к экспериментальным. При этом предполагалось наличие пузырьков микронных размеров, которые вырастают из нанопор, расположенных на поверхности кремниевых наночастиц. Такие зародыши будут иметь место на частицах мезопористого кремния с гидрофобной поверхностью. Динамика пузырька рассчитывалась с использованием уравнения Рэлея–Плессета с учетом поверхностного натяжения и вязкости жидкости. Было показано, что пузырьки резонансного размера 2 мкм пульсируют и схлопываются наиболее эффективно. Показано, что для жидкости с резонансными пузырьками порог инерционной кавитации составляет 2 атм, что значительно меньше, чем значения, полученные экспериментально (15 атм). Это означает, что в экспериментальных условиях преобладают пузырьки гораздо меньших размеров, для которых порог инерционной кавитации составляет десятки атмосфер.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 64 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Максимов А.О., Половинка Ю.А. «Динамика газового включения вблизи межфазной поверхности» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 66 (2017)

Активные и пассивные акустические методы применялись для диагностики пузырьков в лабораторных и натурных условиях на протяжении нескольких десятилетий. Эти методики широко используются в океанологии для изучения взволнованной морской поверхности, подводных газовых сипов и грязевых вулканов. Существуют многообразные биомедицинские приложения, в которых микропузырьки используются в качестве ультразвуковых контрастных агентов. Точность и корректность теоретического моделирования физических процессов при реализации указанных методов зависит от того, как границы сред с разными механическими свойствами влияют на акустический отклик микропузырьков. Попытки решить эту задачу предпринимались в многочисленных исследованиях. Традиционный подход, использующий метод зеркальных источников, позволяет получить лишь достаточно грубое описание пульсаций пузырька вблизи границы, поскольку его применимость ограничивается условием малости размеров пузырька по сравнению с расстоянием до ограничивающей поверхности. Возможность найти решение в интервале дистанций, сопоставимых с размером пузырька, обусловлена наличием внутренней симметрии, приводящей к существованию 17 координатных систем, в которых при решении уравнения Лапласа переменные разделяются. Тороидальные и бисферические координаты принадлежат к этому списку. В докладе приводятся результаты, полученные при использовании данных координатных систем, для описания поведения закрепленных включений и пузырьков, располагающихся вблизи межфазной поверхности. Получен модифицированный вид уравнения Рэлея и явные зависимости входящих в него параметров – собственной частоты и затухания – от расстояния до границы и физических характеристик контактирующих сред. Перечень решенных задач включает: поведение пузырька, закрепленного на жесткой границе, описание динамики пузырька вблизи жесткой, импедансной и жидкой границы; связанные колебания двух близко расположенных пузырьков. Полученные теоретические результаты используются для описания ряда физических эффектов, таких как акустическое излучение морских сипов, обращение волнового фронта эмиссионных сигналов (для диагностики подводных утечек), проявление акустических сил радиационного давления (при ультразвуковой очистке).

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 66 (2017) | Рубрики: 06.05 14.04

 

Макалкин Д.И., Брысев А.П., Преображенский В.Л., Перно Ф., Зоештиаг Ф. «Эмиссия капель и колебания границы несмешивающихся жидкостей, находящихся в малом объеме, инициированные импульсно-периодическим сфокусированным ультразвуковым пучком» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 70 (2017)

Представлены результаты экспериментов по эмиссии капель и возбуждению колебаний границы двух несмещивающихся жидкостей, заключенных в малый объем, инициированные импульсно-периодическим сфокусированным ультразвуковым пучком, перпендикулярным интерфейсу, В зависимости от нарастания интенсивности ультразвукового пучка выделено три характерных режима отклика интерфейса жидкостей. В первом режиме имеют место только колебания интерфейса без разрыва его сплошности. На основе измеренных зависимостей амплитуды колебаний интерфейса от амплитуды и длительности ультразвуковых импульсов обнаружено существование порога возбуждения таких колебаний. Отмечается, что подобная особенность характерна только для сосудов, характерные размеры которых сравнимы с длиной волны возбуждаемых в нем ультразвуком стоячих волн, и обусловлена силой сцепления жидкостей со стенками сосуда. При превышении интенсивности ультразвука первого критического значения реализуется второй режим, в котором при фиксированных параметрах ультразвуковых импульсов происходит эмиссия одиночных капель одинакового от импульса к импульсу размера. Измеренные зависимости размеров капель от параметров ультразвуковых импульсов показали линейную (в пределах точности измерений) зависимость размера капли от длительности ультразвуковых импульсов, что может быть использовано для управления размерами капель. Экспериментально показана также возможность менять диапазон возможных размеров одиночных капель с помощью варьирования положения границы жидкостей относительно фокальной плоскости источника ультразвука, В третьем режиме, когда интенсивность ультразвука превышает второе критическое значение, происходит хаотическая эмиссия множественных капель с непредсказуемыми размерами. Обсуждаются преимущества акустического подхода к возбуждению колебаний границы жидкостей и эмиссии капель по сравнению с механическим методом параметрического возбуждения неустойчивости Фарадея, а также перспективы практических применений наблюдаемых эффектов.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 70 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Козабаранов Р.В., Власов А.С., Юнин Д.А., Братишка Э.Н. «Пьезокерамический резонатор для исследования сонолюминесценции» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 147-148 (2017)

Приведены результаты исследования характеристик цилиндрического реакторарезонатора для изучения сонолюминесценции, изготовленного из пьезокерамики системы цирконата-титаната свинца. Измерены резонансные частоты устройства, распределение давления в объеме жидкости его заполняющей и зависимости световыхода многопузырьковой сонолюминесценции от напряжения на резонаторе в системах вода-аргон и вода–азот. Максимальный световыход зарегистрирован для системы вода–аргон. Он составил ∼5·103 фотонов за цикл акустического поля (27 мкс) при напряжении на резонаторе ∼8 В.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 147-148 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Николаев А.Л., Гопин А.В., Северин А.В., Миронов М.А., Дежкунов Н.В. «Ультразвуковой синтез гидроксиапатита в докавитационном и кавитацинонных режимах» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 149-150 (2017)

Исследуется влияние ультразвука на синтез гидроксиапатита добавлением ортофосфорной кислоты к водной суспензии, содержащей гидроксид кальция. Рассматривается воздействие ультразвука разных частот (22 кГц, 0.88 МГц, 1.76 МГц, 2.64 МГц) и различной интенсивности (0.2–25 Вт/см2) на начальные стадии фазообразования. Показано, что в выбранных условиях кристаллы гидроксиапатита, синтезированные при слабом докавитационным ультразвуковом воздействии (1.76 МГц, 0.2 Вт/см2), обладают существенно более высокой дисперсностью, чем синтезированные при воздействии интенсивного кавитационного ультразвука (22 кГц, 25 Вт/см2). Предложено объяснение полученных результатов.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 149-150 (2017) | Рубрики: 06.05 06.23

 

Шагапов В.Ш., Чиглинцева А.С., Русинов А.А., Тазетдинов Б.И. «О миграции одиночного газового пузырька в воде» Теплофизика высоких температур, 55, № 3, с. 440-446 (2017)

Рассмотрена теоретическая модель всплытия одиночного газового пузырька в открытой воде. Выявлено, что всплытие метанового пузырька будет сопровождаться образованием гидратной оболочки на его поверхности при термобарических условиях стабильности гидратов. Получены и проанализированы численные решения для двух предельных случаев, когда скорость образования гидратной корки на поверхности пузырька лимитируется интенсивностью отвода тепла, выделяющегося в процессе гидратообразования, окружающей жидкостью, или диффузионным сопротивлением газогидратной корки переносу гидратообразующих компонент. Сопоставление численных результатов с экспериментальными данными показало, что схема диффузионного переноса гидратообразующих компонент через корку наиболее адекватно описывает процесс роста газогидратной частицы, наблюдавшийся в опытах при всплытии метановых пузырьков в морской воде. Установлено, что всплытие пузырька аргона при соответствующих термобарических условиях может происходить без образования гидрата на его поверхности. При этом миграция газового пузырька сопровождается его растворением в воде. Из условий согласования теоретических и опытных данных по изменению радиуса аргонового пузырька и газогидратной частицы получены численные оценки для значения коэффициента диффузии аргона в воде и приведенных коэффициентов диффузии газа (метана) и воды через гидратную корку.

Теплофизика высоких температур, 55, № 3, с. 440-446 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Караичев И.Е. «Методика и техника экспериментального исследования образования пузырьков при вдуве воздуха в жидкость» Научное обозрение, № 7, с. 64-68 (2017)

На интенсивность массообмена между жидкостью и газом главным образом влияет площадь контакта фаз, в первую очередь определяемая характеристиками образующихся газовых пузырьков. Сложный комплекс действующих сил, влияющих на образование пузырьков при вдуве воздуха в жидкость, затрудняет строгое теоретическое описание процесса. В статье рассмотрена методика проведения экспериментального исследования по определению характеристик пузырьков, образующихся при вдуве воздуха из одиночного отверстия, погруженного в покоящуюся жидкость. Приведена классификация параметров, влияющих на крупность пузырьков. Описаны используемое экспериментальное оборудование и техника его применения. Также представлена модель определения объема пузырьков графическим методом с формированием 3D-модели. Приведены результаты методического эксперимента на различных капиллярах при различной скорости истечения воздуха. Выполнен краткий анализ полученных данных, приведено сопоставление с результатами других исследований.

Научное обозрение, № 7, с. 64-68 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Норкин М.В. «Кавитационное торможение твердого тела в возмущенной жидкости» Нелинейная динамика, 13, № 2, с. 181-193 (2017)

Исследуется задача о начальном этапе движения твердого тела в возмущенной жидкости в случае, когда его скорость уменьшается по линейному закону. Особенностью данной задачи является то, что при больших ускорениях возникают области низкого давления вблизи тела и образуются присоединенные каверны. В общем случае зона отрыва представляет собой несвязное множество. Важным аспектом работы является постановка задачи с односторонними ограничениями, на основе которой определяются первоначальные зоны отрыва частиц жидкости, а также формы внутренних свободных границ жидкости на малых временах. Рассматривается пример, в котором начальное возмущение жидкости вызвано безотрывным разгоном кругового цилиндра под свободной поверхностью тяжелой жидкости. Для решения последней задачи применяется специальный приближенный метод (типа альтернирующего метода Шварца), основанный на предположении о том, что свободная поверхность жидкости удалена от плавающего тела на большие расстояния.

Нелинейная динамика, 13, № 2, с. 181-193 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Агрест Э.М., Кузнецов Г.Н., Мельников Н.П. «Расчетно-экспериментальное исследование пространственно-временных характеристик кавитационной зоны» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

На основании анализа данных высокоскоростной киносъемки, спектров кавитационного шума (КШ) и компьютерного моделирования исследованы радиальное и поступательное движение одиночных кавитационных полостей, взаимодействующих с знакопеременным градиентом звукового давления (ЗД) и между собой. Экспериментально и численно изучены динамика кавитационной области, физические причины интенсивных периодических перемещений нестабильных полостей и спектральные характеристики КШ. При заданном статическом давлении развитие зоны кавитации определяется газосодержанием и вязкостью жидкости.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Елистратов В.П., Кузнецов Г.Н., Мельников Н.П. «Исследование взаимосвязи кавитационной прочности с различными параметрами морской воды» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Исследованы физические зависимости и корреляционной связи порогов возникновения кавитации (ПВК), измеренных в различных районах Атлантического, Индийского и Тихого океанов, с гидрологическими, гидрофизическими и гидрохимическими характеристиками морской воды. Подтверждено существование широтного эффекта и установлена повышенная статистическая связь ПВК с общим газо- и кислородосодержанием, температурой и щелочностью. Показано влияние на ПВК зон дивергенции и конвергенции, а также морских течений.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Нигматулин Р.И., Губайдуллин Д.А., Никифоров А.А. «Влияние пузырькового слоя трехслойной преграды на эволюцию акустического сигнала» Доклады академии наук, 474, № 4, с. 436-438 (2017)

Показано, что при прохождении акустического сигнала через многослойную преграду, содержащую тонкий слой пузырьковой жидкости, угол падения мало влияет на характер зависимости коэффициентов отражения и прохождения от частоты в области частот "полосы акустической непрозрачности". Однако падение акустической волны под углом приводит к тому, что часть энергии распространяется вдоль преграды, а это оказывает влияние на амплитуду прошедшего через преграду сигнала.

Доклады академии наук, 474, № 4, с. 436-438 (2017) | Рубрика: 06.05

 

Shakhov S.A., Rogova E.V. «Disaggregation of ultrafine powders in conditions of ultrasonic cavitation» Инженерно-строительный журнал, № 3, с. 21-29 (2017)

Use of high-dispersive additives as structure modifiers is one of the most effective instruments of cement composites required technical exploitation characteristics increase nowadays. However, use of high-dispersive powders is complicated by the fact that their particles are consolidated into aggregates. Thus, the major advantage of high-dispersive powder, which is its possibility to form more bonds when their content is very low, appears to be unrealized. One of the promising directions of dispersed phase fine grinding is use of ultrasonic cavitation. Ultrasonic exposure does not always provide the efficiency required due to insufficient information about the effect of conditions defining ultrasonic radiation intensity on amount of aggregates damage. In this regard, it is necessary to define factors and conditions of ultrasonic exposure, which provide effective high-dispersive powders disaggregation. In article аcoustic streaming in a fluid occurring due to cavitation and providing mass transfer intensification has been considered. The data about efficiency of cavitation bubble size and large-scale acoustic streaming effect on the distribution of powder particle size were obtained by calculation. The efficiency of high-dispersive powders disaggregation can be improved by using lowered hydrostatic pressure exposure.

Инженерно-строительный журнал, № 3, с. 21-29 (2017) | Рубрика: 06.05