|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Акустокапиллярный эффект |
 | |
Анимация
Описание
Звукокапиллярным эффектом называется явление аномально глубокого проникновения жидкостей в капилляры, поры и узкие щели под действием ультразвука.
Если в наполненную жидкостью ультразвуковую ванну погрузить капилляр, то при определенной интенсивности ультразвука, подъем жидкости существенно (иногда в несколько раз) возрастает.
Установлено, что жидкость поднимается по капилляру под действием ультразвука только при условии, что кавитационная область, состоящая из пульсирующих и захлопывающихся кавитационных газовых пузырьков (каверн), находится непосредственно под капилляром. Эффект обуславливается суммарным воздействием единичных импульсов давления, которые возникают при захлопывании кавитационных пузырьков. Скорость и высота подъема жидкости в капилляре зависят от числа захлопывающихся пузырьков в единицу времени, величины возникающих при этом сил, от трения жидкости на стенках капилляра и от вязкости жидкости. Именно поэтому звукокапиллярный эффект оказывается различным для разных жидкостей и разных по размеру и форме капилляров; его проявление меняется с изменением интенсивности ультразвука и с течением времени усиливается с приложением статического давления или содержанием избыточного давления в жидкости с градиентом в сторону капилляров.
Положение захлопывающихся пузырьков в основании капилляров неустойчиво из-за интенсивности акустических течений, т.е. вихревых течений жидкости, возникающих в ультразвуковом поле. Например, уровень воды в стеклянном капилляре сечением 0,35*0,35 мм2 при звуковом давлении 2*105 Па (около 2 атм) на частоте 18 кГц в результате звукокапиллярного эффекта превышает уровень, обусловленный силами поверхностного натяжения (т.е. в отсутствии ультразвука), более, чем в 10 раз.
Увеличение интенсивности ультразвука и развитие акустических течений снижают эффект, и при звуковом давлении (14-16)*105 Па подъем воды в стеклянном капилляре указанных размеров под воздействием ультразвука не происходит.
Нарушение локализации в окрестностях основания капилляра кавитационных пузырьков и уход их из сечения капилляра приводит к мгновенному опусканию жидкости до уровня, определяемого действием сил поверхностного натяжения. Поддержание уровня жидкости в капилляре требует меньших (в 5-10 раз) затрат энергии ультразвуковых колебаний, т.к. при этом нет необходимости преодолевать силы вязкого трения жидкости о стенки капилляра.
Ключевые слова
Разделы наук
Физико-химические явления
Фазовые переходыЖидкости
Ударные и детонационные волны
Акустика
Механические колебания и волны
Применение эффекта
Звукокапиллярный эффект получил широкое применение для осуществления и/или интенсификации самых различных технологических процессов. В частности, позволяет ускорить в десятки и сотни раз пропитку пористо-капиллярных тел, увеличить скорость и глубину заполнения щелей при производстве различных конструкций. Например, при пайке сложных изделий, благодаря способности обеспечить проникновение горячего припоя одновременно во все зазоры, резко повышается качество соединений; имеет место, в частности, при бесфлюсовой пайке трубчатых теплообменников.
Большинство процессов ультразвуковой обработки твердых тел в жидкости с использованием кавитационных явлений сопровождается усиленным проникновением жидкости в капиллярные щели твердых тел и расклиниванием их. Это относится к процессам ультразвуковых очисток, травлений, сверлений, к процессам кристаллизации и рафинирования в металлургии.
Звукокапиллярный эффект позволяет значительно ускорять процессы диспергирования и гидроабразивного разрушения порошкообразных материалов, проводимый на ультразвуковых установках, работающих под статическим давлением.
Эффект широко используется в фасонном литье для получения тонких (капиллярных) каналов литейных форм при изготовлении точных отливок из алюминиевых сплавов.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Для наблюдения эффекта достаточно погрузить капилляр в лабораторную ультразвуковую ванну с водой, подогретой близко к точке кипения. При этом при включении ультразвука в приповерхностных слоях возникает кавитация. Поэтому при неглубоком погружении конца капилляра в воду (в пределах глубины кавитации) высота столба в капилляре будет больше, чем при глубоком погружении.
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.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |