Визуализация акустических течений в воде и растворах NaCl
Автор: Максим Владимирович Козлов
Соавторы: К. А. Рыбкин, М. О. Кучинский, Т. П. Любимова
Организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет», Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь
В настоящей работе экспериментально показана возможность визуализации акустических течений в воде и растворах NaCl. Эксперименты проводились в кювете размерами 110×116×160 мм3, имеющей форму прямоугольного параллелепипеда. Кювета была изготовлена из оргстекла толщиной 3 мм. Электродинамический источник ультразвука находился заподлицо с дном кюветы. Для регистрации динамики пузырьков использовалась высокоскоростная камера. Более подробно методика эксперимента и его специфические особенности описаны в статьях [1, 2]. В качестве рабочих жидкостей использовались: дистиллированная вода, водные солевые растворы NaCl с массовым содержанием соли от 0% до 30%.
Воздействие горизонтального излучателя УЗ на жидкость сосредоточено в цилиндрическом объёме, в котором выделяют несколько зон в зависимости от расстояния от излучателя. В предварительных экспериментах был использован флюоресцирующий метод визуализации течения. В качестве флюоресцирующего вещества был использован родамин (рис.1, А). Затем, для оценки влияния ультразвукового источника на различные жидкости и растворы был применён метод PIV (Particle Image Velocimetry) - цифровой трассерной визуализации (рис.1, А). Использование данных методов позволило продемонстрировать возможность визуализации акустического течения, а также изучить некоторые его особенности связанные, как показали численные расчеты, с распределением акустического давления в полости ячейки (рис 1, Б). На рис. 1, Б используется две маркерные цветовые шкалы. Первая шкала показывает нормированное на максимальное значение давление, фиксируемое в исследуемой области - P/Pmax. Вторая шкала показывает численное значение среднего значения давления регистрируемого датчиком - P∗. На рисунке 1 наблюдается качественное совпадение течения возникающего в жидкости при визуализации с использованием родамина, PIV, проведённого с использованием метода главных компонент, и численного расчета.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-69-46066).
1. Козлов М. В., Рыбкин, К. А., Фатталов, О. О., Любимова, Т. П. Динамика парогазовых пузырьков вблизи твердых поверхностей в солевых растворах при дегазации // Теория, эксперимент и новые технологии: конф. (Новосибирск - Шерегеш, 28 февраля-06 марта 2020 г). Новосибирск: Издательство Параллель, 2020. С. 90-91.
2. Rybkin K. A. et al. Experimental study of formation and dynamics of cavitation bubbles and acoustic flows in NaCl, KCl water solutions //Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2017. – Т. 879. – №. 1. – С. 012026.
