ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Звук и ультразвук из "Физические методы интенсификации процессов химической технологии" Рассматривая звуковое и ультразвуковое воздействие, разграничивают области волновых явлений при бесконечно малой и конечной амплитудах, последние относятся к нелинейной акустике [6,7]. [c.49] 0 = Ф 5Ш ((Ot-kx), где - амплитуда потенциала скорости f - время. [c.49] Если г умножить на площадь, то получится полное акустическое сопротивление 2=г5, где гр - комплексное удельное волновое сопротивление, 5 - площадь. [c.50] Принято измерять интенсивность в Вт/см . Часто давление и интенсивность выражают в относительных единицах в логарифмической шкале - в децибелах (дБ). [c.50] Источниками питания электроакустических преобразователей служат различные электрические генераторы ламповые при частотах t злее 18 кГц и мощности более 5-10 кВт, транзисторные при мощности I о 2,5 кВт и тиристорные при мощности 4 кВт и более. Рял номинальных выходных мощностей также реглакентирован и по ГОСТ 9865- 68 0,04 0,10 0,25 0,40 0,63 1,0 1,6 2,5 4,0 6,3 10,0 25,0 40,0 63,0 100 160 250 кВт. Электроакустический к.п.д. генераторов с преобразователями составляет 40 - 60% [10]. [c.51] Ультразвуковые колебания от преобразователя передаются к обрабатываемым веществам через специальные трансформирующие и согласующие устройства (концентраторы, пластины и др.), заканчивающиеся излучающей поверхностью [8 - 10]. [c.51] Общий вид двух распространенных типов ультразвуковых промышленных преобразователей показан на рис. 3.3. [c.51] В зависимости от длины волны, геометрических характеристик излучателя и расстояния до точек, в которых рассматривается акустическое воздействие, излучатели можно аппроксимировать различными типами. [c.51] При излучении в полупространство (излучатель в экране) давление возрастает вдвое. [c.52] Детальное рассмотрение поля, создаваемого плоским излучателем, показывает [12], что оно имеет более сложный характер и его можно разделить на ряд областей непосредственно примыкающую к поверхности, френелевой дифракции, переходную и дальнего поля (или фраунгоферову область). Приведенные формулы опйсывают дальнее поле, тогда как в технологии используется в основном ближнее поле. [c.53] Распространение звука связано с такими явлениями, как преломление, отражение, рассеяние, дифракция, интерференция, поглощение. [c.53] Интерференция двух встречных волн одинаковых частот и амплитуд (при сохранении постоянного сдвига фаз) приводит к образованию стоячей волны (рис. 3.5). В стоячей волне в точках О, 2, 4 и 6 давление максимально (пучность давления), а скорость и смещение минимальны (узлы скорости и смещения) в точках 1, 3 и 5 давление минимально (узлы давления), а скорость и смещение максимальны (пучности скорости и смещения). Из рис. 3.5 видно, что чередование узлов и пучностей для одной и той же физической-величины происходит через расстояние, равное четверти длины бегущей волны (А./4) величина амплитудного значения в пучности вдвое больше, чем в бегущей волне. [c.54] Приведенные выше соотношения, полученные в линейной постановке, могут служить лишь для общих оценок акустического воздействия, тогда как собственно технологические эффекты акустическот-о воздействия в большинстве случаев связаны со специфическими нелинейными явлениями. [c.54] Из соотношений (3.14) и (3.15) видно, что при Ке 1 нелинейные члены превалируют над диссипативными, что является наиболее типичным для акустики больших (конечных) амплитуд, тогда как число Маха, как правило, меньше единицы М 1 вплоть до звуковых давлений 1 кПа. [c.55] К нелинейным явлениям, имеющим значение в технологии, относят возникновение постоянных сил и течений, кавитацию, генерацию звука потоками и др. [13 - 16]. [c.55] В звуковом поле возникают не зависящие от времени радиационные напряжения, связанные с изменением среднего во времени импульса. Постоянная по времени сила определяется как среднее по времени от тензора напряжений. Радиационное давление приводит к появлению ультразвукового фонтанирования на границе раздела двух разнородных жидкостей, перемещает малые включения (частицы и пузырьки) в жидкостях и газах, создает акустические течения [6 - 8]. [c.55] Приведенные формулы показывают возможность перемещения частиц, особенно в поле стоячих волн, так как для них Р кН, а в бегущих Г (кй) и кД К1. Частицы большой плотности (аэрозоль в газе) перемещаются в пучности скорости, а частицы малой плотности (пузырьки в жидкости) перемещаются в узлы скорости [8]. [c.55] В мощном ультразвуковом поле в газе или жидкости помимо колебательного движения возникают однонаправленные вихревые потоки -акустические течения. Эти течения классифицируют по характерному масштабу больше длины волны-крупномасштабные, порядка длины волны - среднемасштабные, существенно меньше длины волны-мелкомасштабные [7]. В зависимости от величины скорости течения по сравнению с колебательной различают быстрые и медленные течения. Акустические течения имеют различную физическую природу. [c.56] Характер течений показан на рис. 3.6. Течения в пограничном слое вызывают течения вне пограничного слоя. При различных акустических числах Рейнольдса [см. формулу (3.14)] в зависимости от амплитуды колебаний возникают три характерных режима течение вне пограничного слоя, течение в пограничном слое и быстрые течения [7]. [c.57] Характер акустических течений около препятствий, например около кругового цилиндра или сферы радиусом а, зависит от таких величин, как относительная амплитуда колебательного смещения /о, акустического числа Рейнольдса Ке и числа Маха М [формулы (3.14) и (3.15)]. При Кед М, т.е. в пограничном слое, более тонком по сравнению с длиной звуковой волны и прика , местный радиус кривизны существенно больше длины вязкой волны, и течения подобны плоским течениям. В пограничном слое возникают вихри, вращающиеся в направлениях, противоположных направлениям вихрей вне пограничного слоя. Типичная картина линий тока для а/6 = 7 и М/ка = 10 показана на рис. 3.6 (область II). [c.57] Вернуться к основной статье