|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Акустическое распыление |
 | |
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.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Производство фармацевтических средств
Производство медицинских материалов, средств и изделий
Авиастроение
Автомобилестроение
Двигателестроение
Электрофизико-химическая обработкаЭлектроакустическая, ультразвуковая и инфразвуковая техника
Теплоэнергетика и теплотехника
Используемые естественнонаучные эффекты
| Акустическая кавитация (Акустическая кавитация) |
| Переменная часть давления, возникающая в среде при прохождении звуковой волны (Звуковое давление) |
| Переход одной из взаимно нерастворимых жидкостей в дисперсное состояние в среде другой под действием акустических колебаний (Эмульгирование ультразвуковое) |
Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов
| 2 |  | Фазовые переходы |
| 1 |  | Реальные газы |
| 3 | | Акустика |
| 2 |  | Механические колебания и волны |
| 1 |  | Ударные и детонационные волны |
| 1 |  | Упругость и пластичность |
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.
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.
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 | |