ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Акустические методы интенсификации технологических процессов из "Акустическая технология в нефтехимической промышленности" Акустические методы интенсификации охватывают динамические воздействия на системы в виде упругих или квазиупругих колебаний и волн. Воздействия в зависимости от частоты относят к низко- или высокочастотным. В низкочастотном диапазоне, как правило, длина волны больше характерного размера системы или ее представительного структурного элемента А, 1, а в высокочастотном — наоборот, , 1. В качестве условной границы диапазонов принято использовать частотный порог слышимости человеческого уха (15 — 16 кГц). Колебания ниже этого порога относят к звуковым и инфразвуковым, а выше — к ультразвуковым и гиперзвуковым. [c.7] Рассматривая звуковое и ультразвуковое воздействие, разграничивают области волновых явлений при бесконечно малой и конечной амплитудах, последние относятся к нелинейной акустике [ 6, 7]. [c.7] Если умножить на площадь, то получится полное акустическое сопротивление 2 = 2 8, где — комплексное удельное волновое сопротивление, 8 — площадь. [c.9] Ультразвуковые колебания от преобразователя передаются к обрабатываемым веществам через специальные трансформирующие и согласующие устройства ( концентраторы, пластины и др.), заканчивающиеся излучающей поверхностью [8 — 10]. [c.10] Выбор излучателей производят в зависимости от длины волны, геометрических характеристик излучателя и расстояния до точек, в которых рассматривается акустическое воздействие. [c.10] При излучении в полупространство (излучатель в экране) давление возрастает вдвое. [c.11] Из приведенных соотношений следует, что при 1 нелинейные члены превалируют над диссипативными, что является наиболее типичным для акустики больших (конечных) амплитуд, тогда как число Маха, как правило, меньше единицы вплоть до звуковых давлений 1 кПа. [c.13] К нелинейным явлениям, имеющим значение в технологии, относят возникновение постоянных сил и течений, кавитацию, генерацию звука потоками и др. [6,11,12,13]. [c.13] В звуковом поле возникают независящие от времени радиационные напряжения, связанные с изменением среднего во времени импульса. Постоянная по времени сила определяется как среднее повремени 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 [3,7,8]. [c.13] Приведенные формулы показывают возможность п емещения частиц, особенно поле стоячих волн, т.к. для них р кК, бегущих / (А / ) и кК (1. Частицы большой плотности (аэрозоль в газе) перемещаются в пучности скорости, а частицы малой плотности (пузырьки в жидкости) перемещаются в узлы скорости [8]. [c.14] Помимо сил радиационного давления на малые частицы в акустическом поле действуют силы Бьеркнеса, Бернулли и Стокса, квадратично зависящие от скорости [12]. Под акустической силой Стокса подразумевается средняя сила, связанная с температурной зависимостью вязкости и поэтому она может проявиться только в газе [13]. Силы Бьеркнеса и Бернулли в значительной степени зависят от расстояния между частицами (первая как 1/г , а вторая как 1/г ), т. е. это фактически близкодействующие силы. [c.14] Течения в пограничном слое вызывают течения вне пограничного слоя. При различных акустических числах Рейнольдса в зависимости от амплитуды колебаний возникают три характерных режима течение вне пограничного слоя, течение в пограничном слое и быстрые течения [7]. [c.15] Характер акустических течений около препятствий, например, около кругового цилиндра или сферы радиусом а, зависит от таких величин, как относительная амплитуда колебательного смещения 1 а, акустического числа Рейнольдса Re и числа Маха. При Re М, т. е. в пограничном слое, более тонком по сравнению с длиной звуковой волны и при ка , 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. [c.15] Ни одно из вторичных явлений, возникающих в акустических полях в жидкостях, не имеет такого большого значения в технологии, какое имеет кавитация. Под кавитацией в широком смысле слова понимают процесс образования и исчезновения полостей внутри жидкости в акустических полях и гидродинамических потоках. По способу образования различают кавитацию гидродинамическую, акустическую и импульсную, возникающую в ударных волнах. [c.15] Метастабильная область Рис. 1.1. Диаграмма фазового перехода жидкость—пар. [c.16] При существовании в среде зародышей в виде заполненных газом пузырьков, размеры которых меньше резонансного, пузырек под действием отрицательного давления сначала растет, в момент достигает максимального размера а затем при положитель-но давлении быстро захлопывается. (кривая 1 на рис. 1.2). Пуз ырьки же размером, превышающим резонансный, под действием звуковой волны будут совершать колебания и захлопываться не будут (кривая 2 на рис. 1.2). [c.17] Здесь нижний предел определяется амплитудой давления звука, а верхний — его частотой. [c.19] Наиболее важной для технологии стадией кавитации является захлопывание кавитационных полостей. Если процесс расширения можно условно сравнить с зарядкой ружья, то процесс захлопывания— это выстрел . Возможны два крайних механизма захлопывания сферическое и несферическое. [c.19] Вернуться к основной статье