Плазмы, входящие в жидкости и контактирующие с ними, обычно образуются в результате воздействия интенсивных электрических полей. Такие плазмы в жидкостях изучаются с двух точек зрения:
- Химической обработки и анализа.
- Физические основы высокоэнергетических состояний плотности и фокусировки энергии, такие как гидродинамическая кавитационная люминесценция, сонолюминесценция и рентгенография.
В машиностроении, например, при реформировании топлива и водоподготовке, предпочтение отдается высокой эффективности, поскольку это влияет на экономику конечной переработки. Для применения в системах обнаружения элементов, обработки материалов и медицинской обработки эффективность важна в связи с необходимостью компактных, недорогих и контролируемых источников плазмы.
Для некоторых видов щелкающих креветок образование кавитации используется в охоте, обороне, внутривидовой коммуникации и проходке тоннелей, которые могут излучать свет, указывая на образование плазмы. Технология плазменной генерации креветок может быть очень эффективной из-за эволюционного давления.
Ученые исследовали динамику кавитации и процесс светового излучения с помощью живой креветки. Разрыв креветок вызывает кавитацию, выбрасывая высокоскоростную струю воды с внезапным толчком, который издает громкий потрескивающий шум. Процесс сжатия после начала кавитации настолько интенсивен, что газы внутри кавитации достигают высоких температур, способных генерировать плазменное и световое излучение.
Это явление светового излучения похоже на сонолюминесценцию, поскольку происходит при высоком давлении и сингулярности при высоких температурах после обрушения кавитационного пузыря. Электрически индуцированные микропузырьки и плазмы и кавитационные пузырьки, индуцированные лазером, немного отличаются; они возникают как высоконапорные, высокотемпературные люминесцентные сингулярности, которые затем расширяются и осциллируются как кавитационные пузыри. Предпринимались попытки имитации креветок, однако ни одна из них не воспроизводила точно механизм кавитации.
Искусственное воспроизведение генерации плазмы.
Следующим шагом стало изучение и искусственное воспроизведение генерации щелканья креветок. Креветки могут вызвать разрушение кавитации для получения высокого давления и температуры, что приводит к эффективному плазменному образованию с фотонным излучением и ударной волной за счет фокусировки энергии. На основе этого разработали и изготовили масштабируемое механическое когтевое устройство с использованием аддитивного производства с 3D-поверхностями с микро-оксидно-компьютерным томографом для сканирования креветочной когти. Устройство с биологическим прототипом облегчает проведение повторяющихся и последовательных экспериментов по кавитационным процессам и генерации плазмы.
С помощью этого прибора можно проводить кавитационные эксперименты в различных жидкостях, отличных от соленой воды, таких как дистиллированная вода, минеральное масло и другие жидкости, в которых эксперименты с живыми морскими животными невозможны. Кроме того, это устройство генерирует своевременные повторяющиеся кавитационные процессы, облегчая текущую и будущую экспериментальную разработку.
- Морфологически точная геометрия захвата и динамика дактильного плунжера имеют большое значение для био-дизайна устройства.
- Обтекаемая геометрия играет важную роль в наведении высокоскоростной струи на изогнутый канал, что вызывает отдельную большую кавитацию и предотвращает самоповреждение устройства.
- Согласование безразмерных чисел дополнительно обеспечивает возникновение кавитации в этой увеличенной конструкции, которая в пять раз больше, чем у сканированных креветок.
- Пятикратный коэффициент масштабирования все еще находится в пределах диапазона внутривидовых изменений размеров и разнообразия альфеидных креветок.
Световое излучение вызывается обрушением кавитации в воде в результате применения воздушного или аргонового допинга. Световое излучение указывает на три режима кавитационной люминесценции прибора:
- слабые выбросы в фоновом режиме, которые находятся ниже порога;
- выбросы, усиленные более крупной и более когерентной кавитацией, соответствующей более высокой интенсивности;
- выбросы с промежуточным диапазоном интенсивности, в котором находится большинство испытаний.
Большая когерентная кавитация генерирует более сильный световой сигнал. Эта вариация является стохастической, вероятно, из-за небольшого изменения исходного состояния и турбулентности. Аналогично тому, что наблюдается при сонолюминесценции, результаты светового излучения указывают на наличие инерционно замкнутой плазмы, образующейся в результате имплозирующей кавитации.
Эффективность когтя с биологическим прототипом, при преобразовании энергии торсионных пружин в потенциальную энергию кавитации составляет около 36,1%. Это основано на энергии исходного источника и доступной энергии вытеснения внешней воды из полости низкого давления, рассчитанной на основе максимального эффективного радиуса кавитации во время работы. Используя те же методы расчета, этот процесс преобразования более эффективен, чем однопузырьковая сонолюминесценция, электроиндуцированная кавитация и кавитация под воздействием лазера. Эта эффективность не является люминесцентной, на которую также влияет размер пузырьков и симметрия формы. Температуры, которые можно оценить по спектру светового излучения внутри кавитации, являются лучшими параметрами для определения термодинамической эффективности процесса сжатия для этого события люминесценции кавитации. Будущие спектроскопические исследования этого механически генерируемого плазменного явления могут выявить дополнительные открытия в экстремальных условиях кавитационной сингулярности.
Вывод.
Искусственный механизм был создан как прототип биологического существа, который производит такие же ударные волны и плазму, как и креветки. Изготовление этого сложного в морфологическом отношении устройства стало возможным благодаря аддитивному производству. Эффективная кавитация возникает из-за высокоскоростной, хорошо ориентированной струи воды. Эта гидродинамическая кавитация рушится до состояния плазмы высокого давления и температуры, которая испускает свет и ударные волны при отскоке. Существует несколько других проверенных методов получения подводной плазмы и достижения люминесценции кавитации, таких как
- погружной электрический пробой,
- сонолюминесценция,
- погружной лазерный пробой,
- трубы Вентури,
- гидрокрылья и гидроударные устройства.
Это устройство, вдохновленное щелчком креветочного коготка, создает свободно стоящие кавитационные пузырьки, которые более эффективны, чем те, которые образуются при использовании вышеупомянутых альтернативных методов. Работа такого устройства под водой также дает представление о том, как щелчок креветок создает громкий щелчок звука и световое излучение. Эта конструкция может применяться для улучшения микрофлюидики, химической обработки, физической обработки и гидроакустики. Устройство также может использоваться в других плотных жидкостях при условии, что жидкость совместима с материалами, имеющимися в производстве.