När en kavitationsbubbla kollapsar, rusar den omgivande vätskan in för att fylla tomrummet. Denna snabba kollaps kan generera en kraftig stötvåg som kan fortplanta sig genom vätskan. Om det finns en fast yta nära bubblan kan stötvågen interagera med ytan och producera ejecta – små partiklar som stöts ut från ytan.
Den traditionella uppfattningen är att ejecta-produktion orsakas av interaktionen mellan en enda stötvåg och den fasta ytan. Den nya studien visar dock att ejecta också kan produceras genom interaktion av flera stötvågor.
"Detta är första gången som produktion av multipel-chock-ejecta har observerats", säger Dr Christopher Ohl, en av författarna till studien. "Denna upptäckt utmanar den nuvarande förståelsen av ejecta-produktion och kan få konsekvenser för ett brett spektrum av applikationer."
Forskargruppen använde en höghastighetskamera för att registrera kollapsen av kavitationsbubblor nära en fast yta. Bilderna visade att kollapsen av bubblan genererade flera stötvågor som interagerade med ytan för att producera utstötning.
"Bildandet av flera stötvågor är ett resultat av det höga trycket och temperaturen inuti den kollapsande bubblan", säger Dr Ohl. "Dessa förhållanden gör att vätskan förångas, vilket i sin tur genererar ytterligare stötvågor."
Den nya upptäckten har konsekvenser för ett brett spektrum av tillämpningar som använder kavitationsbubblor, inklusive undervattensrengöring, medicinsk bildbehandling och energiproduktion. Till exempel, vid undervattensrengöring, kan kollapsen av kavitationsbubblor användas för att avlägsna smuts och skräp från ytor. Den nya förståelsen för ejecta-produktion kan leda till utvecklingen av mer effektiva och effektiva undervattensreningssystem.
Vid medicinsk bildbehandling används kavitationsbubblor för att generera ultraljudsvågor som kan användas för att avbilda kroppens insida. Den nya förståelsen av ejecta-produktion kan leda till utvecklingen av nya avbildningstekniker som är känsligare och har högre upplösning.
Vid energiproduktion används kavitationsbubblor för att skapa en högtrycksmiljö som kan användas för att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi. Den nya förståelsen för ejecta-produktion kan leda till utvecklingen av mer effektiva och kraftfulla energiproduktionssystem.
"Upptäckten av multiple-chock ejecta-produktion är ett betydande framsteg i vår förståelse av kavitationsbubblors fysik", säger Dr Ohl. "Denna upptäckt kan få konsekvenser för ett brett spektrum av applikationer som använder kavitationsbubblor."
