1. Коагуляция аэрозолей

УЗ коагуляция представляет собой процесс сближения и укрупнения, взвешенных в газе или жидкости мелких твердых частиц, жидких капелек и газовых пузырьков под действием акустических колебаний звуковых или УЗ частот.

Изначально аэрозоль находится в исходном состоянии (без воздействия УЗ). Начинается действие УЗ и частицы начинают колебаться. Происходит коагуляция частиц. Частицы становятся крупнее и хаотически движутся в поле зрения. Происходит оседание взвешенного вещества после выключения УЗ. Слипшиеся частицы проходят почти все поле зрения за короткое время экспозиции (1/25с), в то время как нескоагулировавшие частицы остаются на месте. Различают 2 стадии процесса коагуляции. Вначале частицы принимают участие в колебательном движении и следуют за движением газа между пучностями и узлами колебаний. При этом они в результате столкновений и под действием сил взаимного притяжения слипаются и увеличиваются в размерах. На второй стадии увеличивавшиеся частицы уже не следуют за звуковыми колебаниями, а совершают хаотические движения. Причем в результате новых взаимных соударений и столкновений с меньшими частицами их размеры продолжаются увеличиваться.

Механизмы коагуляции: 1)Радиационное давление на тв частицы в газовой среде заставляет их сдвигаться в очки УЗ стоячей волны, соответствующие пучностям. 2)На процесс коагуляции влияет броуновское движение частиц.Если они совершают броуновское движение, то вероятность объединения повышается. 3)На процесс объединения дополнительно влияют акустические течения и виброускорения.

2. Основные параметры и закономерности формирования и распространения упругих колебаний.

Скорость распространения УЗ волн, как и любых других, зависит от плотности и упругости среды. Особенностями УЗК являются их направленность и возможность фокусирования энергии на сравнительно небольшую площадь инструмента, элемента технологической оснастки или заготовки.

В газах и жидкостях, которые обладают упругостью объема, но не обладают упругостью формы, могут распространяться лишь про- дольные волны разрежения-сжатия. При этом колебания частиц среды происходят в направлении распространения волн. Фазовая скорость распространения продольных волн в жидкостях и газах определяется по формуле

где К – модуль всестороннего сжатия, Па; ρ – плотность среды, кг/м³ . Скорость распространения продольных звуковых волн в стержнях постоянного сечения (волноводах), наибольший размер которых значительно меньше длины волны, можно определить по зависимости

где Е – модуль Юнга, Па.

В более толстых стержнях сказывается эффект поперечного сжатия – увеличение инерции в результате радиальных колебаний. Это кажущееся увеличение массы вызывает рост периода собственных колебаний стержня длиной l и уменьшает скорость распространения продольных волн с_п. Большинство применяемых при УЗ обработке волноводов в виде стержней имеет диаметр до 60 мм и разница между значениями с_п и с_l не превышает 2 % . Поэтому поправку в этих случаях можно не учитывать.

Скорость с_l следует отличать от ранее рассмотренной скорости q колебания среды около положения равновесия при распространении ультразвуковой волны. Амплитуда скорости q на несколько порядков меньше (с_l << q). В однородной изотропной бесконечно протяженной твердой среде могут распространяться упругие продольные и поперечные (сдвиговые) волны. В продольных волнах движение частиц параллельно направлению распространения волны, а деформация представляет собой комбинацию всестороннего сжатия (растяжения) и чистого сдвига. В сдвиговых волнах движение частиц перпендикулярно направлению распространения волны, а деформация является чистым сдвигом. В безграничной среде распространяются продольные и сдвиговые плоские сферические и цилиндрические волны. Фазовая скорость продольных волн в неограниченной твердой среде

Скорость распространения сдвиговых волн

где µ – модуль сдвига, Па.

Распространяющиеся в любой среде упругие волны испытывают погло- щение, обусловленное вязкостью (силами внутреннего трения), теплопроводно- стью, а на высоких частотах и молекулярным поглощением в среде. При этом энергия звуковых волн переходит в тепловую энергию. Кроме поглощения на- блюдается рассеяние звуковой энергии на упругих неоднородностях в среде, при этом рассеяние звука существенно возрастает при размерах неоднородно- стей, соизмеримых с длиной звуковой волны. Поглощение упругих колебаний определяется выражением

,

где Ах – амплитуда упругих колебаний на расстоянии х от источника, м; А0 – амплитуда упругих колебаний в точке х = 0; α – коэффициент поглощения.

Билет №3