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Experimental study of temporal dynamics of cavitation bubbles selectively attached to the solid surfaces of different hydrophobicity under the action of ultrasound
Ultrasonics ( IF 3.8 ) Pub Date : 2021-07-26 , DOI: 10.1016/j.ultras.2021.106516
Tatyana Lyubimova 1 , Konstantin Rybkin 1 , Oscar Fattalov 1 , Michael Kuchinskiy 1 , Lev Filippov 2
Affiliation  

In this work, we experimentally investigated the dynamics of vapor–gas bubbles arising in distilled water under the action of ultrasound (US), near and on the surface of solid plates with various surface properties. In the experiments, we used the plates made of Teflon, acrylic glass, and amorphous quartz, with various hydrophobic properties (contact angle). The experiments showed a significant effect of surface properties on the dynamics of bubbles oscillating near and on a solid surface under the influence of ultrasound. In the case of a hydrophobic surface (Teflon), steady attachment of bubbles is observed, the surface area covered by the bubbles grows according to a law close to linear, and then it reaches a plateau. For less hydrophobic surfaces, the drift and rising of bubbles along the plates are observed, as a result of which, the area covered by the bubbles grows less rapidly over time. When the ultrasound is switched off some bubbles located near and on the surface of the acrylic plate float and drag other bubbles with them, differ from the surface of Teflon. This behavior of the bubbles limits both their maximum possible diameter and the maximum solid surface area covered by the bubble. In addition, experiments showed a significant effect of the concentration of gas dissolved in a liquid on the process of bubble formation: a decrease in gas concentration led to a qualitative change in the time dependence of the surface area covered by the bubbles; in the case of long-term degassing of water using ultrasound, the formation of extended bubble clusters on all solid surfaces becomes impossible.



中文翻译:

超声作用下空化气泡选择性附着于不同疏水性固体表面的时间动力学实验研究

在这项工作中,我们通过实验研究了在超声 (US) 作用下,在具有各种表面特性的固体板表面附近和表面上,蒸馏水中产生的蒸汽气泡的动力学。在实验中,我们使用了由聚四氟乙烯、亚克力玻璃和无定形石英制成的具有各种疏水特性(接触角)的板。实验表明,在超声波的影响下,表面特性对在固体表面附近和固体表面上振荡的气泡动力学有显着影响。在疏水表面(特氟龙)的情况下,观察到气泡的稳定附着,气泡覆盖的表面积按照接近线性的规律增长,然后达到平台。对于疏水性较低的表面,观察到气泡沿板漂移和上升,因此,随着时间的推移,气泡所覆盖的区域增长速度较慢。当超声波关闭时,位于亚克力板表面附近和表面上的一些气泡会漂浮并拖动其他气泡,这与特氟龙表面不同。气泡的这种行为限制了它们的最大可能直径和气泡覆盖的最大固体表面积。此外,实验表明溶解在液体中的气体浓度对气泡形成过程有显着影响:气体浓度的降低导致气泡覆盖的表面积的时间依赖性发生质变;在使用超声波对水进行长期脱气的情况下,在所有固体表面上形成扩展的气泡簇变得不可能。当超声波关闭时,位于亚克力板表面附近和表面上的一些气泡会漂浮并拖动其他气泡,这与特氟龙表面不同。气泡的这种行为限制了它们的最大可能直径和气泡覆盖的最大固体表面积。此外,实验表明溶解在液体中的气体浓度对气泡形成过程有显着影响:气体浓度的降低导致气泡覆盖的表面积的时间依赖性发生质变;在使用超声波对水进行长期脱气的情况下,在所有固体表面上形成扩展的气泡簇变得不可能。当超声波关闭时,位于亚克力板表面附近和表面上的一些气泡会漂浮并拖动其他气泡,这与特氟龙表面不同。气泡的这种行为限制了它们的最大可能直径和气泡覆盖的最大固体表面积。此外,实验表明溶解在液体中的气体浓度对气泡形成过程有显着影响:气体浓度的降低导致气泡覆盖的表面积的时间依赖性发生质变;在使用超声波对水进行长期脱气的情况下,在所有固体表面上形成扩展的气泡簇变得不可能。不同于铁氟龙的表面。气泡的这种行为限制了它们的最大可能直径和气泡覆盖的最大固体表面积。此外,实验表明溶解在液体中的气体浓度对气泡形成过程有显着影响:气体浓度的降低导致气泡覆盖的表面积的时间依赖性发生质变;在使用超声波对水进行长期脱气的情况下,在所有固体表面上形成扩展的气泡簇变得不可能。不同于铁氟龙的表面。气泡的这种行为限制了它们的最大可能直径和气泡覆盖的最大固体表面积。此外,实验表明溶解在液体中的气体浓度对气泡形成过程有显着影响:气体浓度的降低导致气泡覆盖的表面积的时间依赖性发生质变;在使用超声波对水进行长期脱气的情况下,在所有固体表面上形成扩展的气泡簇变得不可能。气体浓度的降低导致气泡覆盖的表面积的时间依赖性发生质的变化;在使用超声波对水进行长期脱气的情况下,在所有固体表面上形成扩展的气泡簇变得不可能。气体浓度的降低导致气泡覆盖的表面积的时间依赖性发生质的变化;在使用超声波对水进行长期脱气的情况下,在所有固体表面上形成扩展的气泡簇变得不可能。

更新日期:2021-08-02
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