 |
Акустическое распыление |
 |
Получение аэрозоля из жидкости с помощью акустических колебаний
звукового или ультразвукового диапазона
Анимация
Описание
Акустическое распыление - получение аэрозоля из жидкости, суспензии, эмульсий
с помощью акустических колебаний звукового или ультразвукового диапазона.
А в зависимости от способа подвода энергии акустических колебаний к зоне
распыления - через жидкость или через газ, различают два вида распыления. В
первом случае распыление проводится в слое или в фонтане. Здесь
образование капель аэрозоля происходит в результате их отрыва от гребней
стоячих волн на поверхности жидкости.
При распылении в слое стоячие капиллярные волны образуются на поверхности
слоя жидкости, перекрывающей колеблющуюся пластинку. С увеличением амплитуды
колебаний пластинки увеличивается амплитуда волн, достигая предельной величины.
При этом гребни стоячих волн вытягиваются в узкие язычки. При дальнейшем
увеличении амплитуды таких волн происходит отделение от них капель жидкости.
Распыление в слое осуществляется при колебаниях с частотой в десятки кГц;
диаметр капель составляет десятки мкм. Толщина слоя жидкости должна быть порядка
долей мм, но не менее длины капиллярной волны lк/2.
Производительность такого распыления достигает нескольких литров в час,
увеличиваясь с ростом амплитуды колебаний поверхности и уменьшаясь при переходе
к более вязким жидкостям.
При распылении в фонтане стоячие капиллярные волны возбуждаются на
поверхности струи, возникающей в месте пучка ультразвуковых волн, направленного
из глубины. Капиллярные волны возникают при наличии кавитации в струе, т.к.
причиной их возбуждения являются периодические гидравлические удары при
захлопывании кавитационных пузырьков. Для создания ультразвукового фонтана
используются частоты мегагерцового диапазона. Распыление происходит в верхней
части фонтана с образованием тонкого стойкого монодисперсного аэрозоля, размер
капель которого составляет 2-4 мкм. Производительность распыления для невязких
жидкостей типа воды достигает нескольких сотен миллиметров в час.
Второй вид акустического распыления осуществляется путем подвода
ультразвуковых колебаний через газ. Здесь помимо собственных акустических
колебаний жидкость подвергается воздействию газовых потоков.
Размер капель аэрозоля составляет десятки и сотни мкм. Производительность -
десятки и сотни литров в час. Размер капель уменьшается при увеличении давления
газа.
Диаметр капель аэрозоля:
d»0,3lк,
где  - длина капиллярной
волны;
sn -
коэффициент поверхностного натяжения;
r - плотность жидкости;
f - частота звука.
Зависимость размеров капелек тумана от частоты звука иллюстрируется на (рис.
1).
Зависимость размеров капелек тумана от частоты
звука
Рис. 1
При подведении ультразвуковых колебаний через газ распыление резко снижается
при некотором критическом давлении в газе.
Временные характеристики
Время инициации (log to от -1 до 0);
Время существования (log tc от 0 до 4);
Время деградации (log td от -1 до 0);
Время оптимального проявления (log tk от 0 до 3).
Диаграмма:
Технические реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Путем простого увеличения интенсивности ультразвука в лабораторной ванне (или
подогрева воды в ней, легко добиться тумана над поверхностью воды, что и
является наблюдаемым проявлением эффекта.
Применение эффекта
Ультразвуковое распыление широко применяется в промышленности и медицине.
Распыление в слое используют для приготовления порошков и для распыления жидкого
топлива в ультразвуковых форсунках. В качестве распылительных устройств
применяют пьезоэлектрические или магнитострикционные преобразователи стержневого
типа с концентраторами, имеющими осевой канал.
При распылении в фонтане используют фокусирующие излучатели с резонансной
частотой 1-3 МГц в виде вогнутых пьезоэлектрических пластин. Распылительное
устройство такого типа имеет небольшие размеры и энергетические затраты.
Преобразователи применяют в ингаляторах для создания высококачественных
аэрозолей при спектральном анализе жидкостей.
При распылении с подведением акустических колебаний через газ используются
газоструйные излучатели, в активную зону которых подается жидкость. Такие
устройства применяют в форсунках мощных водогрейных котлов, для карбюрации в
двигателях внутреннего сгорания, в распылительных сушилках.
Литература
 1. Ультразвук / Под ред.
И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.
2. Бреховских Л.М.,
Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982.
|