О разогреве при схлопывании

Тем не менее, обычно удар не бывает столь жёстким. Дело в том, что какая-то толика паров в объёме пузырька присутствует всегда. Количество их мало, и потому большую часть процесса схлопывания они не оказывают сколько-нибудь существенного сопротивления сближению стенок пузырька. И лишь в самом конце, когда оставшийся объём пузырька составляет проценты или доли процента от его максимального объёма, их давление становится сравнимо с внешним давлением на стенки пузырька.

Однако стенки уже набрали скорость и инерцию, поэтому остановить их не так просто. В результате скоростной напор стенок продолжает сжимать пузырёк, и давление в нём становится намного больше давления в основной толще жидкости. При этом в силу кратковременности процесса, длящегося на этой стадии не милли-, а микросекунды, даже при нормальной температуре все пары не успеют сконденсироваться. Но температура в центре схлопнувшегося пузырька не нормальная — в результате адиабатического сжатия она намного превышает температуру основной жидкости. В зависимости от условий схлопывания это превышение может достигать десятков и сотен градусов (иногда приводятся значения 8000 °C, 11 000 °C и даже 20 000 °C — втрое выше, чем на поверхности Солнца — но это весьма сомнительно, т.к. сине-голубой свет сонолюминесценции примерно соответствует теоретическому излучению «абсолютно чёрного тела» при температуре 6000 °C, хотя мы можем не видеть более «высокотемпературной» ультрафиолетовой составляющей, активно поглощаемой жидкостью).

Существуют теории, утверждающие, что при схлопывании пузырька основная жидкость принципиально конденсируется полностью, но вот ранее содержавшиеся в ней и оставшиеся в пузырьке газы раствориться обратно не успевают, и именно они испытывают адиабатическое сжатие. Подтверждением этого можно считать сильную зависимость сонолюминесценции от вида растворённых в воде газов (одноили двухатомных), а также тот факт, что молекулярный вес одноатомных газов оказывает огромное влияние на яркость сонолюминесценции.

Таким образом, в конце схлопывания пузырька в его центре мы имеем «нано-облачко» газа с огромным давлением и температурой. Это облачко несколько «амортизирует» жёсткий удар в конце схлопывания. Но всё это длится слишком короткий период времени, исчисляемый микросекундами. Потом ударная волна расходится от центра бывшего пузырька, давление и температура там падают, несконденсированные пары, если они ещё остались, благополучно конденсируются, а газы вновь растворяются в жидкости. Затем теплообмен в течении считанных миллисекунд приводит все параметры жидкости в этом месте в состояние, практически не отличающееся от остального её объёма. При действительно сильном схлопывании этот процесс принимает характер повторных гидроударов и повторяется несколько раз с постепенным затуханием.

Особо следует подчеркнуть, что чисто адиабатический разогрев не даёт дополнительной энергии и в конечном счёте не способен изменить исходную температуру жидкости. Однако при этом возможен дополнительный разогрев жидкости за счёт энергии, освобождающейся при торможении струи во время кавитационных процессов, то есть за счёт гидравлического трения. Но это не внутренняя энергия жидкости, а внешняя энергия, затраченная непосредственно на разгон жидкости или на создание напора, обеспечивающего этот разгон. Среди прочего, об этом говорят и многие результаты тестирования известных «кавитационных генераторов» ЮСМАР, давая для них неплохой КПД (вплоть до 95% и выше), но не подтверждая их сверхъединичность относительно «взятого из розетки».