Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ АППАРАТЫ

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ АППАРАТЫ, машины или устройства, в к-рых энергия упругих волн используется для воздействия в любых средах на в-ва или тела с целью изменения их структуры и CB-B либо на хим.-технол. процессы. Специфич. особенность ультразвуковых аппаратов- существенно большие их характерные ге-ом. размеры, чем соответствующие длины волн; благодаря этому в данных устройствах реализуется не колебательный, как в инфразвуковых аппаратах, а волновой процесс. Ниж. граница применяемого в ультразвуковых аппаратах частотного диапазона волн не определяется признаком невосприятия их человеческим слухом и для MH. аппаратов лежит и в звуковом диапазоне частот, превышая, однако, диапазон 20-200 Гц. Верх. граница обусловлена техн. возможностями генерирования упругих волн (см. также Вибрационная техника)и теоретически определяется соизмеримостью их длины и средней длины своб. пробега молекулжидкостях и твердых телах - межмол. расстоянием).

Высокая частота / упругих волн и квадратичная зависимость от нее интенсивности потока энергии даже при малых амплитудах волн обусловливают выделение больших кол-в энергии. Ее потоки распространяются в обрабатываемой среде со значит. поглощением, что приводит к образованию в ней областей высоких локальных плотностей энергии и к соответствующим изменениям структуры и CB-B.

С увеличением / существенно возрастает роль т. наз. нелинейных эффектов. Последние заключаются во взаимод. разных гидродинамич. возмущений и служат главной причиной многочисл. полезных проявлений ультразвука. К числу этих физ. эффектов относятся: изменение формы упругих волн при их распространении; кавитация; акустич. течения (звуковой ветер); давление звукового излучения (радиац. давление) и др. Наиб. важным нелинейным эффектом является кавитация -образование в жидкой среде массы пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью. Сложное движение пузырьков, их слияние и дробление, потеря устойчивости, происходящие под действием упругих волн, приводят к возникновению микроударных давлений до 800 МПа, локальному повышению т-р до 7400 К (по теоретич. оценкам), элект-рич. разрядов, ионизации и т. д. Изменяя условия протекания кавитации, можно регулировать кавитац. эффекты.

Осн. элемент любого ультразвукового аппарата- излучатель упругих волн. По источнику энергии излучатели подразделяют на гидро- или аэродинамические и электроакустические. В основе работы гидро- и аэродинамич. излучателей (жидкостные и воздушные свистки и сирены, гидро- и пневмопреобразователи; см. также Диспергирование)лежит принцип преобразования части ки-нетич. энергии потока жидкости либо газа, создаваемой насосом (компрессором), в акустич. энергию при встрече потока с плохообтекаемым препятствием. В ряде конструкций для усиления ультразвуковых эффектов используют резонансные устройства.

На рис. представлен гидродинамич. излучатель, в к-ром пульсации торообразной кавитац. области, заполненной пузырьками, происходят при встрече струи жидкости, вытекающей со скоростью 20-30 м/с из конусно-ци-линдрич. сопла 1, с вогнутым отражателем 2; при определенном расстоянии между соплом и отражателем возникает автоколе-бат. релаксац. процесс, приводящий к радиальному выбросу содержимого кавитац. области. Пульсации давления возбуждают в стержнях 3 изгибные колебания (деформации) на их собств. частоте, повышая интенсивность и монохроматичность звукового излучения.

5007-1.jpg

Гидродинамический излучатель: 1 - соп- чатели преобразуют за-ло; 2 - отражатель; 3 - стержень. данные колебания элект рич. напряжения или тока

Электроакустич. излуч. мех. колебания к.-л. твердого тела, к-рое и излучает звуковые волны в окружающую среду. Наиб. распространены излучатели, действие к-рых основано на магнитострикцион-ном и пьезоэлектрич. эффектах. В первом случае сердечник из магнитострикц. материала (напр., Ni, ферриты, нек-рые хромовые и марганцевые, сплавы) помещают в переменное магн. поле, и линейный размер сердечника изменяется в такт колебаниям поля. Во втором случае пьезоэлектрич. материал (кварц, керамика на основе цирконат-титаната свинца и др.) располагают в переменном электрич. поле. Электроакустич. преобразователи создают волны частотой, определяемой ге-ом. размерами и условиями закрепления твердого тела; возбуждение колебаний осуществляется в узком диапазоне частот, поэтому излучатели работают обычно в условиях резонанса их мех. системы. В ультразвуковых аппаратах непрерывного действия на основе таких преобразователей устройством, направляющим поток обрабатываемого материала на излучающие пов-сти, служит собственно корпус аппарата. При проведении перио-дич. процессов излучатели монтируют на одну или неск. технол. емкостей либо непосредственно погружают в обрабатываемую среду.

Реализуемые в ультразвуковых аппаратах нелинейные эффекты инициируют и ускоряют окислит.-восстановит., электрохим., цепные, с участием макромолекул и др. р-ции. Акустич. колебания оказывают значит. влияние также на течение мех., гидромех., тепловых и массообменных процессов хим. технологии. При этом воздействие упругих волн м. б. различным: стимулирующим, если ультразвук - движущая сила процесса (напр., Диспергирование, коагуляция аэрозолей, очистка твердых пов-стей, распыливание, эмульгирование); интенсифицирующим, если ультразвук лишь увеличивает скорость процесса (напр., кристаллизация, получение чистых полупроводниковых материалов, перемешивание, растворение, сорбция, сушка, травление, экстракция, электрохим. осаждение металлов); оптимизирующим, если ультразвук только упорядочивает течение процесса (напр., гранулирование, центрифугирование). Кроме того, ультразвуковые аппараты применяют также для дегазации (напр., р-ров смол, расплавов стекла), металлизации и пайки материалов, сварки металлов и полимеров, размерной мех. обработки хрупких и твердых материалов и т. д.

Лит.: Ультразвуковая технология, под ред. Б. А. Аграната, M., 1974; Ультразвук. Маленькая энциклопедия, M., 1979; M а р гул и с M. А., Звукохи-мические реакции и сонолюминесценция, M., 1986. В. H. Монахов.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн