Laser induzierte Kavitation blaseBezieht sich auf das komplexe physikalische Phänomen, bei dem Mikro-Nano-Blasen durch hoch energetische Laserpulse sofort in Flüssigkeit erzeugt werden und dann einen Prozess des Wachstums, der Expansion, des Zusammenbruchs und des Zusammenbruchs durchlaufen.
Das Wachstum und der Zusammenbruch von Kavitation blasen werden von vorübergehen den dynamischen Verhaltensweisen wie Hochgeschwindigkeits-Stoßwellen und Mikro jets mit einer Geschwindigkeit von Hunderten von Metern pro Sekunde begleitet. Dies sind wie "mikroskop ische Explosions ereignisse", die nur einige Mikros kunden dauern, was eine genaue Beobachtung erschwert.
Die üblicher weise verwendete "Pump-Probe"-Bildgebung stech nik verwendet zwei Laserstrahlen als Anregung und Sonden licht, wodurch wiederholt Bilder Punkt für Punkt ausgelöst und konstruiert werden. Diese Technik kann den dynamischen Prozess von Kavitation blasen erfassen. Es erfordert jedoch ein komplexes Synchron isations system, um die Verzögerung der Pumpen-und Sonden strahlen zu steuern, und kann nur Bilder zu einem einzigen Zeitpunkt aufnehmen. es ist nicht möglich, die vollständige zeitliche Entwicklung von Kavitation blasen aufzu zeichnen.
Im Vergleich zur Pumpsonden-Bildgebung bietet die Hoch geschwindigkeit kamera technologie vonHF Agile Gerät Co.,LtdHat folgende Vorteile:
Hohe zeitliche Auflösung: dieHoch geschwindigkeit kameraHat eine extrem hohe Bildrate von 200.000 Bildern pro Sekunde im ROI-Frame, was die Analyse des Übergangs prozesses von der Blasen erzeugung bis zum Zusammenbruch auf einer Zeitskala von 5 μs unterstützt.
Visuelle Beobachtung: basierend aufHoch geschwindigkeit kamerasDie morpho logischen Veränderungen von Blasen können intuitiv beobachtet werden und der gesamte Blasen lebenszyklus kann kontinuierlich auf gezeichnet werden.
Einfache Operation: ein einzelner Auslöser eines einzelnenHoch geschwindigkeit kameraWird benötigt, um die vollständige Abfolge von Ereignissen zu erfassen.
Das Experiment fokussierte einen gepulsten Nanosekunden laser auf einen bestimmten Punkt in ent ionisiertem Wasser, um Kavitation blasen zu induzieren. ARevealer NEO 25 Hoch geschwindigkeit kameraWurde verwendet, wobei ein 100-mm-Objektiv mit festem Fokus in Kombination mit einem Multi plikator verwendet wurde, um eine räumliche Auflösung auf Mikrometer ebene/Pixel zu erreichen. Die Bild-für-Bild-Sequenz-Analyse ergab, dass der Lebenszyklus der Kavitation blase in vier wichtige physikalische Phasen unterteilt werden kann. In Kombination mit der Theorie der Strömungs mechanik wird jede Stufe wie folgt analysiert:
Bubble Keimbildung (0 ~ 5μs) :Wenn der Laserpuls auf einen bestimmten Punkt in ent ionisiertem Wasser fokussiert wird, übers ch reitet die Licht intensität am Fokus die Durchbruchs schwelle des flüssigen Mediums. Auslösen von Multiphotonen-Ionisations-und Lawinen ionisation prozessen unter Bildung eines Hoch temperatur-und Hochdruck plasmas mit einem Durchmesser von etwa 5 bis 10 μm (wie unten gezeigt), Und schnell die umgebende Flüssigkeit erhitzen, um einen Dampf kern zu erzeugen. Um den Kern herum ist ein verstreuter Halo von Ionisation produkten zu sehen.
-Blase Expansion (5 ~ 30μs) :Nachdem sich das Plasma schnell abgekühlt hat, wird die Resten ergie in Dampfdruck und kinetische Energie innerhalb der Blase umgewandelt, wodurch die umgebende Flüssigkeit nach außen beschleunigt wird. Die Flüssigkeits trägheit dominiert die Blase, um sich nahezu kugelförmig auszudehnen, und der Blasen durchmesser nimmt mit der Zeit parabolisch zu.
III Blasen kollaps (30 ~ 55μs) :Wenn sich die Blase bis zu dem Punkt ausdehnt, an dem der Innendruck niedriger als der Umgebungs wasserdruck ist, beschleunigt die umgebende Flüssigkeit in die entgegen gesetzte Richtung, wodurch die Blase zusammen bricht. Die Form bleibt axial symmetrisch und eine wellige Struktur erscheint an der Grenze der Haupt blase.
IV. Blasen kollaps (55-85 μs) :Die räumliche Asymmetrie der Flüssigkeits rückfüll geschwindigkeit führt zu Grenzflächen instabilität. Diese Instabilität führt dazu, dass die Blase am Ende der Kontraktion bricht und Mikro jets nahe der Grenze mit einer Richtung senkrecht zur Wand bildet. Die im Moment des Zusammenbruchs erzeugte Energie führt dazu, dass der Wasserkörper bricht und wieder keimt und Sekundär blasen mit geringerer Partikel größe bildet.
Dieses Experiment analysierte erfolgreich die vier wichtigsten physikalischen Stadien vonLaser-induzierte Kavitation blasenDurchHochgeschwindigkeits-Kamera-Technologie. Mit Hilfe derEnthüllerNEO 25 Hoch geschwindigkeit kameraZur Verfügung gestellt vonHF Agile Gerät Co.,LtdDas Wachstum und der Zusammenbruch von Kavitation blasen, ein "mikroskop isches Explosions ereignis", wurde visualisiert. Dies ist von großer Bedeutung für das Verständnis des Kavitation mechanismus und die Quant ifizierung des Energie umwandlung mechanismus jeder Stufe.
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