Génération et perpétuation optique de clusters de bulles acoustiques

Les bulles de cavitation induites par laser offrent un contrôle précis du flux dans l'espace et dans le temps, mais elles sont rarement utilisées pour le traitement mécanique et chimique des liquides. En revanche, des champs acoustiques puissants sont couramment utilisés pour nucléer et entraîner des bulles de cavitation pour des applications de traitement des liquides. Bien que le champ acoustique crée beaucoup plus d'événements de cavitation, la dynamique chaotique résultante offre peu de contrôle sur la mécanique des fluides, c'est-à-dire où et comment les bulles libèrent leur énergie. Ici, nous présentons une méthode qui utilise un laser pour nucléer une seule bulle de cavitation, qui est ensuite entraînée dans des oscillations violentes par le champ ultrasonore, entraînant la division de la bulle suivie de la formation d'un cluster de bulles de cavitation. Cette combinaison offre des moyens de contrôle de la cavitation non disponibles dans la cavitation acoustique conventionnelle. Ici, la bulle de cavitation est générée avec un laser à impulsions spécialement conçu qui est focalisé sous un sonotrode entraîné à 20 kHz. En l'absence de l'entraînement acoustique, la bulle atteint un diamètre maximum de 130 µm avec une durée de vie d'environ 10 µs. En présence du champ acoustique, les premières expansions et effondrements de bulles sont fortement influencés par la phase de nucléation. Au fil des cycles acoustiques successifs, un petit cluster de bulles se développe et perd sa connexion avec la phase de génération. Nous étudions la dynamique dans le champ libre et contraint par une frontière rigide. Pour les deux géométries, le cluster s'éteint au fil de nombreux cycles acoustiques, mais grâce à la sélection optique répétée de bulles, la durée de vie du cluster et son emplacement peuvent être contrôlés.