Sonochemistry and the Acoustic Bubble provides an introduction to the way ultrasound acts on bubbles in a liquid to cause bubbles to collapse violently, leading to localized 'hot spots' in the liquid with temperatures of 5000(deg) celcius and under pressures of several hundred atmospheres. These extreme conditions produce events such as the emission of light, sonoluminescence, with a lifetime of less than a nanosecond, and free radicals that can initiate a host of varied chemical reactions (sonochemistry) in the liquid, all at room temperature. The physics and chemistry behind the phenomena are simply, but comprehensively presented. In addition, potential industrial and medical applications of acoustic cavitation and its chemical effects are described and reviewed. The book is suitable for graduate students working with ultrasound, and for potential chemists and chemical engineers wanting to understand the basics of how ultrasound acts in a liquid to cause chemical and physical effects. - Experimental methods on acoustic cavitation and sonochemistry- Helps users understand how to readily begin experiments in the field- Provides an understanding of the physics behind the phenomenon- Contains examples of (possible) industrial applications in chemical engineering and environmental technologies- Presents the possibilities for adopting the action of acoustic cavitation with respect to industrial applications
Ultrasound Field and Bubbles
Abstract
The fundamentals of ultrasound in a fluid are presented. Ultrasound propagates in a fluid as a longitudinal wave, where the fluid particles vibrate along the direction of propagation. A sound wave is partially reflected at the boundary between two media with different characteristic impedances. In particular, almost all of a sound wave is reflected at the boundary between water and air and the reflected sound is superposed on the incident wave to produce a standing wave. A fluid medium exhibits elastic nonlinearity. Primarily as a result of this nonlinearity, nonlinear distortion of the sound waveform occurs. A gas bubble in a liquid vibrates in the presence of sound and reradiates the sound, resulting in strong scattering of the sound. In addition, when the bubble resonates with the incident ultrasound, at a frequency specified by certain parameters, e.g., bubble size, the bubble exhibits significant elastic nonlinearity.
Keywords
Attenuation; Characteristic impedance; Longitudinal wave; Minnaert equation; Nonlinear propagation; Particle velocity; Plane wave; Reflection; Scattering; Second harmonic; Sound intensity; Sound pressure; Standing wave; Velocity dispersion
Chapter Outline
2.1 Fundamentals of a Sound Wave 11
2.1.2 Physical Quantities of Sound 14
2.1.3 Complex Notation for Variable Quantities and Constant Values 15
2.1.4 Relationship between Sound Pressure and Particle Velocity 17
2.1.5 Sound Reflection and Transmission 18
2.1.6 Nonlinear Propagation of Sound 24
2.1.7 Sound Radiation from a Point Source 26
2.1.9 Attenuation of a Sound Wave 29
2.2 Sound Propagation in a Bubbly Liquid 32
2.2.1 Basic Acoustic Equations for a Bubbly Liquid 32
2.2.2 Equation for an Oscillating Bubble 32
2.2.3 Oscillation Characteristics of a Bubble 34
2.2.4 Velocity Dispersion and Sound Absorption in a Bubbly Liquid 36
2.1. Fundamentals of a Sound Wave
2.1.1. Basic Equations
=−∇ϕ=−(∂ϕ∂x,∂ϕ∂y,∂ϕ∂z).
(2.1)
0(∂u∂t+u∂u∂x)=−∂p∂x.
(2.2a)
0∂u∂t=−∂p∂x.
(2.2b)
ρ∂t=−ρ0∂u∂x
(2.3)
=Kρρ0,
(2.4)
=ρ0∂ϕ∂t.
(2.5)
2p∂x2−1c02∂2p∂t2=0,
(2.6)
02=Kρ0(=∂p∂ρ).
(2.7)
Erscheint lt. Verlag | 16.4.2015 |
---|---|
Sprache | englisch |
Themenwelt | Naturwissenschaften ► Chemie ► Physikalische Chemie |
Naturwissenschaften ► Chemie ► Technische Chemie | |
Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie ► Mechanik | |
Technik | |
ISBN-10 | 0-12-801726-0 / 0128017260 |
ISBN-13 | 978-0-12-801726-5 / 9780128017265 |
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Größe: 23,1 MB
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