Untersuchung von Einzel- und Mehrblasensystemen in akustischen Resonatoren

Abstract

Blasen in Flüssigkeiten können unter dem Einfluss eines akustischen Stehwellenfeldes sowohl Pulsations- als auch Translationsbewegungen ausführen. Dabei bilden sich komplexe raumzeitliche Strukturen (akustische Kavitationsfelder).In der vorliegenden Arbeit werden grundlegende Untersuchungen an Einzelblasensystemen durchgeführt. Die Rückkopplung der Blasen auf die Resonanzeigenschaften des schallgebenden Systems wird experimentell untersucht, wobei sich ein signifikanter Einfluss der Blasen auf die Resonanzfrequenz des Gesamtsystems zeigt. Die Translationsbewegung im schwachen Schallfeld wird für den Grenzfall linearer Volumenschwingungen analytisch berechnet, experimentell bestimmt und mit einem numerischen Modell unter besonderer Berücksichtigung der viskosen Reibungskraft verglichen. Neben qualitativen Untersuchungen zur Anregung von Oberflächenschwingungen kann gezeigt werden, dass Einzelblasensonolumineszenz auch in luftgesättigtem Wasser erzeugt werden kann.In Mehrblasensystemen können die auftretenden räumlichen Konfigurationen in wenige Klassen unterteilt werden. Die charakteristischen Eigenschaften dieser Strukturen werden beschrieben und verschiedene experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Insbesondere wird dabei der Einfluss von Blasenquellen, d.h. Orten, an denen Blasen entstehen können, auf die Strukturbildung untersucht. Es werden Geschwindigkeitsverteilungen des Blasenfeldes bei verschiedenen Anregungsamplituden bestimmt, sowie der Zusammenhang zwischen akustischer Emission des Kavitationsfeldes und der Strukturbildung untersucht. Desweiteren werden hochgeschwindigkeitskinematografische Aufnahmen von Reinigungs- und Erosionsprozessen in akustischen Kavitationsfeldern ausgewertet.