分被放置為使得噴流壓緊該部分。當撞擊時，產生環(huán)形沖擊波，該環(huán)形沖擊波的內邊緣朝向凹陷的底部并朝向被捕集的氣體部分傳播。將這與停止撞擊噴流的運動的氣體的“活塞”作用結合產生被捕集氣體的極其巨大的加熱。例如，對于給定強度的沖擊波，相對于與平面表面接觸的一定體積的氣體，這些設置可將峰值溫度提高一個數量級。
[0020]該凹陷可采用多種形狀。在一組實施例中，其橫截面在遠離口時逐漸減小。該凹陷可類似于盤-例如持續(xù)彎曲的盤。然而，表面不需要持續(xù)彎曲。在一組實施例中，表面更類似于裂紋(crack)而不是盤的形狀。這可以通過說明深度大于寬度來限定或由裂紋的尖端的曲率大于被捕集在其上的氣泡部分的曲率(或最大曲率)的區(qū)域的存在限定。在一組實施例中，表面包括多個離散部分，例如，在該多個離散部分之間梯度間斷。該部分自身可以為部分橢圓、拋物線等，但同樣地也可以是直線。由離散部分形成的表面的特定組實施例可被描述為分段多項式。
[0021]目標表面不需要局限于具有單一凹陷(例如，利用上述的噴流現象)及因此在一組實施例中，目標表面包括多個凹陷。
[0022]在一組特定的實施例中，橫向噴流設置為撞擊已制備為具有特定粗糙度、微觀或宏觀形狀的表面區(qū)域，使得氣態(tài)介質的許多小的部分被捕集在噴流尖端和目標表面之間，即，許多小的凹陷與橫向噴流尖端的尺寸相比較小。
[0023]在另一組實施例中，設置有多個離散的凹陷。每個獨立的凹陷可成形為通過引起在障礙物處產生的橫向噴流捕集一個或多個體積的氣體來激勵能量集中。也就是說，表面可以制備有不止一個橫向噴流將與表面的成形部分相互作用的位置，在該表面的成形部分中，可以捕集一定體積的氣態(tài)介質，因此提供可擴展性。使用多個凹陷的優(yōu)勢是可以利用更大比例的橫向噴流能量。此外，由于障礙物與目標表面的分離，不需要改變氣態(tài)介質的性質或當傳遍多個凹陷時如何供應該氣態(tài)介質。
[0024]將想到，多個離散的凹陷尤其適合于障礙物中設置有不止一個孔的一組實施例。優(yōu)選地，每個凹陷對應障礙物中的一個孔，即，使得產生的每個橫向噴流撞擊目標表面上其相應的凹陷。這允許更大比例的最初的沖擊波入射到待被利用的障礙物上。多個孔可全部包括相同的形狀，這簡化了障礙物的制造，或多個孔可以是不同的形狀，例如，取決于其在障礙物上的位置。這在障礙物的形狀被最優(yōu)化以控制橫向噴流的形成的實施例中可能是有用的，例如，孔的形狀可取決于障礙物的局部形狀。此外，孔可依據障礙物的形狀和/或孔的形狀設置，使得多個橫向噴流指向目標表面上的單一位置，例如，凹陷所位于的位置，以便在那個點處加強被捕集的氣泡的壓縮。這樣，將想到，這還可以應用于目標表面設置有僅單一凹陷的該組實施例。
[0025]目標表面中的多個凹陷可以多種方式形成。例如，固體表面可被鉆孔或以其它方式加工以產生凹陷或凹點。然而，在一組實施例中，凹陷可由表面的表面構造產生。例如，表面可用研磨材料噴砂(blast)、蝕刻或以其它方式處理以產生所需程度的表面粗糙度，該表面粗糙度在微觀層面提供大量的凹點或凹陷。
[0026]如上文概述的許多實施例中所暗含的，目標表面可由固體構造，但其同樣也可為液體。在固體的情況中，US 7445319中所提出的任何材料都適合。在液體的情況中，所需的表面形狀(如果需要，例如，在包含凹陷的該組實施例中)可以多種方式實現。例如，一定體積的液體的表面可用適當的振動(例如，使用超聲波或另一種方法)激勵以產生具有所需形狀的波。可選地，所需形狀可通過液體和具有適當匹配的潤濕性的固體表面之間的接觸角實現。當然，該后者的示例示出表面可包括固體和液體的結合。在目標表面包括液體的位置處，通常將比非氣態(tài)介質更密集。
[0027]障礙物的形狀還可成形為控制橫向噴流的形成。更特別地，通過明確設計障礙物以接收由入射沖擊波與氣態(tài)介質相互作用形成的高速噴流，當入射沖擊波與氣態(tài)介質的表面相互作用時，其形成傳遞震波(transmitted shock)和反射稀疏波(reflectedrarefact1n)。如果接觸是恰當的形狀，即，遠離入射沖擊波彎曲，則然后該稀疏波將起到將流集中到一點的作用。然后，這導致高速橫向噴流的形成，純粹作為示例，該高速橫向噴流可對于IGPa的沖擊波達到超過2000m/s。當該噴流撞擊目標表面時，通過撞擊的力以類似于US 7445319所描述的高速液滴撞擊情況的方式在內部產生強勁沖擊波。障礙物可包括整體形狀以使沖擊波集中朝向孔，或在障礙物中設置多個孔的實施例組中，障礙物可在每個孔的附近局部成形以控制產生的每個橫向噴流的形成。
[0028]和目標表面的形狀和/或障礙物的形狀被選為使橫向噴流的形成和捕獲氣泡的壓縮最優(yōu)化一樣，障礙物中的孔的形狀還可被選為有助于橫向噴流的形成。該孔可包括通過具有恒定橫截面的障礙物的多個不同形狀中的一個，例如，圓形。然而，為了控制橫向噴流的形成并將其集中或引導在目標表面上，橫截面可在氣態(tài)介質的方向上外傾或漸縮通過障礙物。在這點上，橫向噴流旨在撞擊的例如凹陷的目標表面上的區(qū)域不需要直接設置在橫向噴流起源的孔的對面，障礙物和/或孔的形狀可被設置為控制其。
[0029]每個孔的形狀還可用于控制孔中的氣態(tài)介質和非氣態(tài)介質之間的邊界的形狀。邊界形狀還可由氣態(tài)介質相對于非氣態(tài)介質的相對壓力控制。如將想到的，由于障礙物和目標表面之間的分離，控制本發(fā)明的設置是尤其簡單的。在一組實施例中，設備包括控制氣態(tài)介質的壓力的裝置。例如具有氣態(tài)介質的流體連通部中的氣體供應的這些裝置或可選裝置還可用于在沖擊波已作用到非氣態(tài)介質后補充氣態(tài)介質。這組實施例具有下列優(yōu)勢:極好地控制產生的氣態(tài)介質的內容和尺寸，也允許快速補充氣態(tài)介質，即，與非氣態(tài)介質中的氣泡成核相比，能夠高重復率地施加沖擊波，產生由障礙物與目標表面的分離造成的另一優(yōu)勢。
[0030]非氣態(tài)介質和氣態(tài)介質之間的邊界的形狀可以是平坦的。然而，在上文提到的一組實施例中，邊界是非平坦的，即為彎曲的。優(yōu)選地，氣態(tài)介質通過孔突出到非氣態(tài)介質中，即，邊界是凸的。該凸形已經被發(fā)現是特別有利于使橫向噴流形成為稀薄扇，該稀薄扇當沖擊波入射到邊界時形成，起到將非氣態(tài)介質的流集中到一點從而形成窄的噴流的作用，在該窄的噴流中利用穿過邊界的表面的能量。這被認為是其本身的權利具有新穎性和創(chuàng)造性，且因此，當從另一方面看時，本發(fā)明提供了一種產生局部能量集中的方法，該方法包括:產生沖擊波，該沖擊波傳播通過非氣態(tài)介質，以入射到通過將非氣態(tài)介質與氣態(tài)介質分離的障礙物中的至少一個孔形成的非氣態(tài)介質和氣態(tài)介質之間的凸的邊界上，從而在孔的另一側上形成入射到在氣態(tài)介質中與障礙物隔開的目標表面上的橫向噴流。
[0031]本發(fā)明還擴展至一種用于產生局部能量集中的設備，包括:
[0032]氣態(tài)介質；
[0033]非氣態(tài)介質，其通過其內包括至少一個孔的障礙物與氣態(tài)介質分離，該至少一個孔形成非氣態(tài)介質中為凸的邊界；
[0034]目標表面，其在氣態(tài)介質中與障礙物隔開；以及
[0035]用于產生至少一個沖擊波的裝置，該沖擊波傳播通過所述非氣態(tài)介質，以入射到由所述孔形成的邊界上，從而在孔的另一側形成橫向噴流。
[0036]在一組實施例中，作用到非氣態(tài)介質上的最初的沖擊波可被設置為符合非氣態(tài)介質和氣態(tài)介質之間的邊界的形狀，該形狀可增加制造的橫向噴流的強度。
[0037]在一組實施例中，障礙物和/或孔的邊緣的微觀結構或潤濕特性可被最優(yōu)化以控制邊界形狀。例如，障礙物和/或孔可包括疏水的和/或親水的表面或涂層(或對除水外的流體類型具有親和力和排斥力的材料)。提供特定微觀結構或潤濕特性的障礙物和/或孔與補充氣態(tài)介質的裝置結合可再次有助于氣態(tài)介質快速形成在邊界處以能夠實現沖擊波的高的重復率。例如，孔的周邊可包括疏水材料，在疏水材料的外面是親水材料以控制氣態(tài)介質和非氣態(tài)介質的位置邊界和邊界與障礙物的接觸角。
[0038]在另一組的實施例中，非氣態(tài)介質的表面張力可用于控制邊界形狀。在另一組的實施例中，駐壓力波例如駐(standing)超聲波作用到非氣態(tài)介質以控制邊界形狀。該技術還可用于激勵在邊界處跟隨沖擊波的氣態(tài)介質的更新，再次使能沖擊波的高重復率。
[0039]發(fā)明人還設想了另一種技術以控制邊界形狀且以使能產生沖擊波的高重復率。在一組實施例中，設備包括限定氣態(tài)介質和非氣態(tài)介質之間的邊界的膜，例如預制膜，該膜限定邊界形狀。以這種方式的薄膜的使用允許非氣態(tài)和氣態(tài)材料的去耦，允許待制造組件的組合的任何選擇。其還允許邊界形狀被控制為具有其他方法不可達到的精度。膜可由任何合適的材料形成，例如玻璃，例如塑料，例如橡膠。
[0040]具有預制膜允許當氣態(tài)介質被限制在障礙物的非氣態(tài)介質的一側且因此不能通過孔飄走或否則被干擾時更容易地使用例如液體的非氣態(tài)介質。在一特定組的實施例中，膜是易破的且被設置為一經來自沖擊波的撞擊就破裂使得其對產生的動力沒有影響。在一組實施例中，預制膜包括薄弱的線或區(qū)域，使得一經來自沖擊波的撞擊，其就沿薄弱的線或區(qū)域破裂。薄弱的線或區(qū)域可被設置使得破口的位置對隨后的流動模式具有影響，例如，這可幫助控制橫向噴流的形成和動力。在另一組實施例中，膜被設計為變形為具有坍塌邊界。
[0041]在多個孔被設置在障礙物中的實施例組中，分離膜可被設置為覆蓋每個孔。然而，在一組實施例中，膜被設置為覆蓋障礙物中的兩個或多個孔。這較容易設置，尤其當需要待被作用到非氣態(tài)介質的多個沖擊波的高重復率時。例如，新膜可在沖擊波的每個應用之前被滑入設備中，類似于如上所述的目