Ультразвуковая акустическая кавитация

При возбуждении в жидкости интенсивных ультразвуковых колебаний возникает сложное физическое явление — ультразвуковая (акустическая) кавитация. Возникает вопрос, какие колебания сле- [c.172]

Флип г. Физика акустической кавитации. В кн. Методы и приборы ультразвуковых исследований, под ред. У.Мазани, т.1, ч."К", М. Мир, 1967, с.П8. [c.81]

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАПИЛЛЯРНЫЙ ЭФФЕКТ И АКУСТИЧЕСКАЯ КАВИТАЦИЯ 607 [c.607]

Применение ультразвука при очистке позволяет значительно повысить качество контроля. При этом несплошности очищаются на достаточную глубину не только от жидкостей, но и от загрязнений типа полировальной пасты. В результате число выявленных следов приближается к общему числу принятых во внимание дефектов. Использование в качестве моющих жидкостей воды и водных растворов глицерина и диспергирующего вещества (ОП-7) при очистке в ультразвуковом поле дает больший эффект, чем применение таких растворителей, как ацетон и бензин. Это обусловлено меньшей активностью акустической кавитации в ацетоне и бензине, чем в воде и водных растворах. [c.667]

Физики различают два типа кавитации акустическую и гидродинамическую. Акустическая кавитация наблюдается в поле ультразвуковых волн. На сегодня она лучше изучена, чем гидродинамическая. При схлопывании кавитационных полостей, вызванных ультразвуком, освобождается энергия, даюш,ая необычные эффекты. Например, наблюдается свечение воды, в том числе морской. Вода светится под действием ультразвуковых волн. [c.116]

Уже сегодня созданы и функционируют агрегаты с диаметром червяков 300—400 мм и производительностью 10 т/ч и даже больше. Прогресс в этом направлении продолжается Для интенсификации процесса экструзии очень перспективен метод импульсного (ультразвукового) воздействия высокой частоты на расплав, находящийся в головке экструдера. Это позволяет значительно снижать эффективную вязкость расплава со всеми вытекаюш,ими отсюда последствиями. Изучение и использование эффекта акустической кавитации расплавов термопластов создает предпосылки для проектирования ряда высокоинтенсивных процессов экструзии и направленного регулирования структуры и свойств полимеров и композиционных материалов [88]. [c.219]

Рассмотренные механизмы кавитации, учитывающие поведение одиночных пузырьков, характеризуют явления при удельной акустической мощности 2-3 Вт/см2, лишь немного превышающей кавитационный порог. С увеличением амплитуды смещения ультразвукового излучателя выше 10-15 мкм на частоте 20 кГц удельная акустическая мощность в водной среде достигает 12-15 Вт/см , и характер кавитации в объеме существенно изменяется. Это послужило основанием для введения понятий высокоамплитудной (> 10 мкм) ультразвуковой обработки [25] и второго порога кавитации, наступающего при равенстве колебательной скорости излучателя скорости звука в кавитирующей жидкости [26]. [c.61]

При переходе различных по принципу действия эмульгаторов в кавитационный режим кавитация становится определяющим фактором. Это было доказано сопоставлением дисперсности эмульсий и акустических спектров мешалки, струйного смесителя и ультразвукового излучателя. Результаты эмульгирования трансформаторного масла в воде при 293 К без дополнительных эмульгаторов приведены в табл. 6.1. Спектры (рис. 6.5, а) снимались с использованием полосовых анализаторов, а кривые распределения (рис. 6.5, б) - по микрофотографиям. Введем в качестве первого параметра, характеризующего излучение, относительную ширину спектра [c.123]

Так как в промышленном оборудовании обычно трудно применять метод вибрации поверхностей, предлагается альтернативный метод с использованием вибрации жидкости вблизи нагреваемой поверхности. Генераторы, возбуждающие вибрации, характеризуются широким спектром — от прерывателей потока до пьезоэлектрических преобразователей и, таким образом, покрывают интервал частот от пульсаций в 1 Гц до ультразвука в 10 Гц. Довольно много исследований посвящено изучению воздействий акустических колебаний на теплоотдачу от горизонтальных цилиндров к газам. Увеличение средних коэффициентов теплоотдачи наблюдалось только при интенсивности колебаний свыше 140 дБ, которая намного выше интенсивности, безопасной для человеческого слуха. Обычно максимальное увеличение теплоотдачи достигало 100— 200%. При наличии подходящих конструкций ультразвукового преобразователя возможно на несколько сот процентов улучшить теплоотдачу от простых нагревателей, погруженных в жидкости. Обычно преобладающим механизмом интенсификации теплообмена в данном случае становится кавитация. В качестве примера можно привести работу [12], в которой изучалось влияние ультразвуковых вибраций на теплоотдачу к воде. Описанное максимальное увеличение коэффициента теплоотдачи составляло 500%, однако в дегазированной воде было отмечено очень маленькое улучшение процесса. В общем же при конструировании систем, передающих вибрации на большие поверхности, возникают значительные трудности. [c.323]

Ультразвуковой способ. При ультразвуковой пропитке (заполнении дефекта пенетрантом) в индикаторном пенетранте возбуждают ультразвуковые колебания промышленной частоты 20. .. 40 кГц. Проникновение жидкости в капилляры интенсифицируется за счет переменных давлений, колебаний частиц жидкости и вторичных акустических явлений (кавитация и др.). Наиболее эффективно применение ультразвука в режиме, обеспечивающем проявление ультразвукового капиллярного эффекта. При этом время озвучивания до момента достижения максимальной чувствительности сокращается. Скорость заполнения пенетрантами возрастает в несколько раз. [c.671]

На указанных процессах сказываются также эффекты второго порядка, ощутимые при интенсивных акустических колебаниях (звуковой ветер, радиационное давление и др.), и ультразвуковая кавитация. [c.9]

Наконец, процессы ультразвуковой деструкции обусловлены наличием и природой растворенных или тонко диспергированных в жидкой среде газов в результате распространения ультра-акустических колебаний пузырьки являются центрами инициирования кавитации. [c.224]

Область распространения звука называют звуковым полем. К звуковому полю применимы основные закономерности волнового движения. Однако следует учитывать, что распространение высокоэнергетических колебаний в жидких и твердых средах сопровождается рядом эффектов, часто приводящим к необратимым явлениям. К таким эффектам относятся звуковое давление, акустическая или ультразвуковая кавитация, звуковой ветер и другие. [c.172]

Имеется опыт обработки охлаждающей воды в акустическом поле. Для этой цели применяются аппараты с использованием ультразвуковых колебаний (частота 10—20 кГц). Механизм действия акустического поля заключается в возникновении кавитации, которая способствует, с одной стороны, нарушению процесса кристаллизации, а с другой—разрушению ультразвуковыми волнами уже образовавшейся накипи на поверхности нагрева. Акустические аппараты состоят из импульсного генератора, источника ультразвуковых колебаний и преобразователя, который крепится к объекту и преобразует акустические колебания генератора в механические. К достоинствам акустических аппаратов следует отнести компактность и малую потребляемую мощность. [c.161]

В ультразвуковой технологии используют колебания ультразвука большой мощности, распространение которых вызывает целый ряд физико-химических явлений кавитацию, акустические потоки, радиационное давление, увеличение энергии ионов в растворе и энергии атомов в кристаллической решетке. Эти эффекты обеспечивают значительную интенсификацию растворения железных стружек в реакторах [6, 92]. Так, на экспериментальной установке, включающе " ультразвуковой генератор УЗГ-1-4 с выходной мощностью 4,5 кВт и диапазоном рабочих частот 16—22 кГц и реактор периодического действия вместимостью 50 л, в противоположные стенки которого вмонтированы два преобразователя типа ПМС-6, скорость процесса [c.53]

Экспериментальные исследования установили, что начало образования первых кавитационных пузырьков происходит одновременно с появлением ультразвуковых волн. Визуальные наблюдения с использованием стробоскопа показали, что рост амплитуды ультразвуковых колебаний совпадает с развитием щелевой кавитации. Совпадение начала кавитации с возникновением ультразвуковых колебаний наблюдалось во всех экспериментах, вне зависимости от типа лопастей рабочего колеса и режима работы гидромашины. Второй важной задачей рассматриваемых исследований являлось установление связи между составляющими кавитационного шума и падением мощности турбины, т. е. срывом работы гидромашины. Таким образом, акустический метод дает возможность объективно зарегистрировать и качественно оценить интенсивность начальной стадии кавитации и проследить за ее развитием. [c.236]

Аппаратура, применяемая для определения коэффициента кавитации акустическим методом, состоит из пьезоэлектрического датчика и усилителя с фильтром, пропускающего ультразвуковые колебания. Пьезоэлектрический датчик преобразовывает акустические колебания в электрический ток, равный по частоте и пропорциональный интенсивности этих колебаний. Ток усиливается усилителем и через соответствующие фильтры пропускается узкая полоса ультразвуковых частот кавитационного шума. Напряжение на выходе усилителя измеряется ламповым вольтметром, который служит индикатором интенсивности колебаний. [c.236]

Следует отметить, что неравномерное поле излучения, которое для ряда процессов может являться отрицательной характеристикой преобразователя, само по себе дает ряд технологических преимуществ. Центральная зона типового преобразователя с ненастроенной диафрагмой (ПМС-б) характеризуется весьма интенсивной кавитацией. В то же время интенсивность на периферийных участках хотя и ослаблена, но имеет значения, достаточные для осуществления некоторых полезных кавитационных эффектов (например, очистки от легких жировых и механических загрязнений). Это позволяет при заданной полной мощности развить и преобразователя большую поверхность излучения и осуществить возбуждение ультразвуковых колебаний в больших объемах жидкостей. Кроме того, неравномерное ультразвуковое поле создает оптимальные условия для акустических течений. Этим главным образом объясняется универсальность технологического применения преобразователей с ненастроенными диафрагмами. [c.93]

Скорость и характер формирования акустических течений зависят от герметической формы сосуда, в котором находится рабочая жидкость, от интенсивности и частоты ультразвуковых колебаний, а также от эрозионной активности и распределения областей кавитации в рабочем объеме. Экспериментальное определение общей картины течений в каждом данном технологическом устройстве является очень трудоемкой задачей. [c.214]

Разрушение поверхностных пленок в жидкости под действием ультразвука происходит благодаря кавитации и акустическим течениям. В некоторых случаях, например при очистке контактным методом, когда ультразвуковые колебания возбуждаются в самом очишаемом изделии, определенную роль могут играть знакопеременные напряжения, возникающие в пленке загрязнений при изгибных колебаниях детали и способствующие отслаиванию пленки, если ее усталостная прочность незначительна. [c.242]

Интенсивность кавитации, скорость и характер акустических течений, величина радиационного давления, амплитуда колебаний самой детали зависит от частоты и интенсивности звукового поля, физических свойств жидкости и в особенности — от ее температуры. Разрушение, отделение и растворение пленки загрязнений при ультразвуковой очистке происходит благодаря совместному действию химически активной среды и факторов, возникающих в жидкости вследствие наложения акустического поля. [c.242]

При удалении нерастворимых загрязнений в химически нейтральных растворах скорость очистки зависит от интенсивности ультразвуковой кавитации. При удалении растворимых загрязнений существенную роль играют акустические течения, в особенности вихревые микропотоки, возникающие в пограничном слое, которые интенсифицируют поступление свежих порций растворителя к поверхности твердого тела. Уменьшение толщины ламинарного слоя у границы с твердым телом является главным отличием перемешивания жидкости в звуковом поле от любых методов механического перемешивания. Этим можно объяснить эффективное удаление растворимых загрязнений на высоких частотах, когда интенсивность звука может быть ниже пороговой и кавитация в жидкости не наблюдается. [c.248]

Однако при введении ультразвуковых колебаний под избыточным статическим давлением повышается интенсивность кавитации, и в районе воздушной полусферы происходит образование множества пузырьков, движение и пульсация которых вызывают интенсивные акустические течения (рис. 105,г). [c.291]

Однако, как это указывалось выше, интенсивное развитие кавитации устанавливает предел вводимой в расплав акустической мощности, и эффективность ультразвуковой обработки при определенных значениях Л ав падает. [c.445]

В. Г. Баранцев и В. Н. Моторин (Московский лесотехнический институт) на основании проведенных экспериментов предположили, что акустическая кавитация в жидкости приводит к срезанию части амплитуды ультразвуковой волны во время фазы разрежения, что приводит к появлению средней (постоянной) составляющей в давлении около устья капилляра. [c.129]

Флин Г. Физика акустической кавитации в жидкостях/Методы и приборы ультразвуковых исследований Пер. с англ. М. Мир, 1967. 362 с. [c.199]

Одной из специфических особенностей акустической кавитации является преобразование возбуждающего гар.монического акустического сигнала в сложный спектр ультра- и субгармонических составляющих, а также шумовую компоненту спектра [1]. Применительно к ультразвуковой кавитации это явление подробно исследовано в [2,3] где установлено, что характер спектра тесно связан с динамикой кавитационных пузырьков и физико-хи.мическими действиями кавитации. В частности, показано, что наличие сплошной части спектра указывает на высокую эрозионную активность и диспергирующую способность кавитации. [c.49]

Оборудование для ультразвуковой обработки жидкофазных систем. В последние годы большое внимание уделяется использованию ультразвуковой техники в различных химико-технологи-ческих процессах [171], в том числе при производстве катализаторов [172]. Механизм воздействия ультразвука на жидкофазные процессы связан преимущественно с эффектами кавитации и возникновением акустических течений. Основными показателями, характеризующими акустическую аппаратуру, являются и н -тенсивность излученияи частота колебаний. Рациональная частота колебаний для технологических целей составляет 20—40 кГц. Эффективность работы излучателя растет с увеличением интенсивности излучения. Для катализаторных производств с позиций простоты обслуживания наиболее приемлемы гидродинамические генераторы ультразвука. Наиболее перспективно применение ультразвуковой технологии для процессов пластификации, диспергирования, осаждения, гомогенизации, кристаллизации, концентрирования. [c.181]

При распространении ультразвуковых колебаний так называемых промышленных частот (18. .. 100 кГц) большой интенсивности в жидкостях возникают вторичные акустические явления кавитация, акустические течения, радиационное давление и т.д. Эти явления изменяют гидромеханику и свойства жидкости, в которой распространяются колебания, и могут вызывать при определенных условиях проявление таких специфических явлений, как ультразвуковой капиллярный эффект, звуко.чюминесценция и др. [c.607]

В капиллярной дефектоскопии наиболее успешно используются ультразвуковые колебания промышленных частот на операциях подготовки изделия к контролю, очистке, обезжиривании. При этом наиболее важную роль играет кавитация. Кавитация - явление образования разрывов жидкости, заполненных парогазовой смесью. Парогазовые кавитационные пузырьки захлопываются с огромной скоростью, доходящей до 10. .. 100 мс", и разрушают пленки всевозможных загрязнений. При этом происходит ультразвуковое эмульгирование жиров, масел и других загрязнений и удаление их с поверхности объекта контроля с помощью акустических течений. Незахлопывающиеся кавитационные пузырьки колеблются, чем помогают отрыву пленки загрязнений от поверхности контролируемой детали и в конечном итоге удалению загрязнений. Особенно эффективна ультразвуковая очистка для изделий сложной формы, используемых в электронной, приборостроительной промышленностях. Преимущество ультразвуковой очистки состоит в том, что такие экологически-, по-жаро- и взрывоопасные традиционные вещества как бензин, ацетон, спирты можно заменить на воду и водные растворы. Суть в том, что кавитационная активность воды гораздо выше, чем у ацетона, спирта, бензина, поэтому соответственно выше очищающая способность воды и водных растворов. Происходящие при этом ультразвуковые диспергирование и эмульгирование только ускоряют очистку и повышают ее качество. [c.607]

Ультразвуковая очистка. Применение ультразвуковых колебаний позволяет существенно ускорить любой из перечисленных способов очистки и повысить ее качество. Осуществляется такое ускорение за счет переменных давлений, колебаний частиц жидкости в ультразвуковом поле, вторичных акустических явлений - радиационных сил, звукового ветра , кавитации и ультразвукового капиллярного эффекта. Первостепенную роль при этом играет кавитация. При захлопывании кавитационных пузырьков образуются кумулятивные микроструи жидкости (скорость которых достигает сотен метров в секунду) и ударные волны. Под действием ударных волн и высокоскоростных микроструй происходит интенсивное разрушение пленки загрязнений (твердой или жидкой) и ее отделение от поверхности. Кавитация же обеспечивает интенсивное эмульгирование и диспергирование отделившихся частиц загрязнений. [c.666]

Выделение растворенного газа происходит тогда, когда его содержание в жидкости превышает 50% от насыщения [262]. Это объясняется тем, что среднее эффективное давление газа в пузырьках при распространении акустических колебаний в газовой эмульсии составляет 50% от давления насыщения. Ультразвуковой метод имеет существенное преимущество перед всеми остальными, благодаря возможности дегазации жидкостей с малым содержанием дисперсной фазы. Подбор параметров облучения позволяет достигнуть образования большого числа каверн, что обеспечивает высокую равномерность удаления растворенного газа из жидкости. Возникновение кавитации зависит от времени действия ультразвука вязкости жидкости частоты колебаний содержания растворенного и дисиергирован-ного газа наличия неоднородностей и т. д. Экспериментальные данные [127] свидетельствуют о том, что для воды, независимо от интенсивности облучения, оптимум частоты находится в области 600 кГц с увеличением интенсивности ультразвука газ выделяется эффективней. Вначале количество выделяющегося газа увеличивается, а затем, достигнув максимума, падает, что связано с уменьшением содержания растворенного в жидкости газа. Ряд закономерностей образования и разрушения газовых эмульсий при ультразвуковых обработках жидкостей был рассмотрен ранее (см. стр. 65). [c.121]

Тонкими экспериментами Г. Шмидт, П. Паре и Г. Пфлейде-рер [149] показали, что ультразвуковая деполимеризация представляет собой в основном явление механического распада, в котором при наличии кавитации главную роль играет резонансное воздействие пульсирующих кавитационных пузырьков (гл. 1). При этом, в отличие от чисто звукохимических процессов, акустическая деструкция протекает также в присутствии, напри-хмер, двуокиси углерода, когда химическое действие ультразвука обычно не наблюдается [150]. В то же время сам процесс [c.61]

Исследуя воздействие ультразвуковых колебаний на диффузию раствора оксалата натрия через целлофановую мембрану, Т. Тарноччи [176] наблюдал ускорение этого процесса в 2—Зраза по сравнению с обычными условиями. Им изучено влияние на процесс таких факторов, характеризующих обычно интенсивное акустическое поле, как местный нагрев, механическое перемешивание, радиационное давление, переменное давление, кавитация. В условиях опытов доля местного нагрева и механического перемешивания в ускорении процесса диффузии составляла — 40— 60%, на долю собственно ультразвукового воздействия (радиационное давление, кавитация, переменное давление) приходилось соответственно также 40—60%. Методика исследований позволяла по существу установить лишь качественное различие между отдельными параметрами интенсивного акустического поля (погрешность опытов составляла 10%). Вообще же очевидно, что влияние разных параметров акустического поля на различные диффузионные процессы может быть различным. Поэтому необходимо предварительное выяснение роли каждого из этих параметров (или отдельных факторов ультразвукового воздействия) в конкретных условиях рассматриваемого процесса. [c.72]

Основным фактором, влияющим на явление кавитации и непосредственно на эффективность ультразвуковой деструкции полимеров, является интенсивность акустических колебаний. Чем выше последняя, тем быстрее растет число кавитационных пузырьков и соотвстствспо тем выше скорость деструкции. В случае очень больших интенсивностей явление кавитации, однако, во многом ограничено из-за выделения растворенных газов. [c.222]

Облегчает возникновение кавитации В1се, что способствует снижению когезионной прочности среды, — наличие растворенных газов, в том числе и сорбированных, захваченных макромолекулами или их агрегатами, введение летучих жидкостей с высокой упругостью пара ацетона и -спиртон. АналогичнЫ М образом влияет и повышение температуры . Однако оннженяе порога акустического давления, необходимого для начала кавитации, например при повышении температуры, может привести к снижению эффективности последствий кавитации — собственно ультразвукового воздействия. [c.238]

Попытки применения ультразвука в технологии впервые предприняты примерно в 30-е годы, например, в области диспергирования твердых и жидких тел, коагуляции аэрозолей [37]. Этой области посвящены очень многие работы, среди которых первостепенное значение имеют труды П. А. Ребиндера, Б. В. Дерягина, Н. В. Чураева и их учеников по физической химии дисперсных систем, работы А. С. Предводителева, В. Ф. Ноздрева, И. Г. Михайлова в области молекулярной акустики, исследования сотрудников Акустического института АН СССР и, прежде всего, работы Л. Д. Розенберга и М. Г. Сиротюка по кавитации, О. И. Макарова по преобразователям, С. А. Не-дужего по акустическому эмульгированию, А. П. Капустина по кристаллизации, О. И. Бабикова по разработке ультразвуковых приборов. [c.3]

Схематически это влияние мощности ультразвука на процесс дегазации расплава (кривая 1) и измельчения зерна (кривая 2) показано на рис. 174. Хорошо видно, что при уровне вводимой акустической мощности N ак МНОГО меньше порогя кавитации Л к практически не происходит измельчения структуры и особенно дегазации расплава. Увеличение вводимой в расплав акустической мощности до Л/ ак Л к приводит к тому, что в жидком металле начинается дегазация и активное зарождение центров кристаллизации. Наконец, ультразвуковая обработка расплава в режиме развитой кавитации Ыак к позволяет значительно повысить эффективность рассматриваемых процессов. [c.445]

Ультразвуковые колебания, введенные в кристаллизующийся расплав, изменяют условия протекания процессов зарождения и роста кристаллов. Первичными факторами, которые характеризуют ультразвуковое поле, следует считать интенсивность подводимого к расплаву ультразвука и обусловленную свойствами среды эффективность поглощения его энергии на развитие кавитации, акустических потоков, радиационного давления и сил вязкого трения. В общем случае при кристаллизации следует учитывать действие ультразвука на жидкую фазу (расплав), на фронт кристаллизации и переходную (твердо-жидкую) область. Так, например, диспергирование кристаллов может происходить только на межфаз-ной поверхности расплав — кристалл, т. е. на фронте кристаллизации или на поверхности затвердевшей корочки расплава. Активиция примесей, развитие в расплаве акустических течений, изменение градиентов температуры в расплаве, напротив, возможно только в жидком металле вдали от фронта кристаллизации. [c.462]