1.Уз преобразователи. Общие положения теории преобразования электрических колебаний в упругие. Классификация преобразователей

–Аэродинамические преобразователи обеспечивают преобразование энергии потока газа в ультразвуковые колебания газовой среды. По характеру преобразования энергии потока газа аэродинамические преобразователи делятся на: а) статические сирены или газоструйные излучатели; б) динамические сирены –Электромеханические преобразователи – низкочастотные вибраторы, обеспечивающие воздействие с большой амплитудой на объекты большой массы. Электромеханические преобразователи делятся на:

1) электромагнитные, с подвижным железным якорем, основанные на преобразовании энергии электрического тока в магнитном поле ; 2) электродинамические излучатели – основанные на преобразовании энергии электрического тока в магнитном поле; 3) механические вибраторы – основаны на преобразование механической энергии одного вида (энергии вращения кривошипно-шатунных механизмов) в продольные колебания. –Магнитострикционные преобразователи - обеспечивают преобразование энергии магнитного поля в механические колебания УЗ частоты. Используются для возбуждения колебаний в жидких и твердых телах рабочие частоты импульсных источников до 100 кГц. Основным недостатком является необходимость водяного охлаждения, поскольку магнитострикционные материалы характеризуются низкой температурой Кюри, температурой потери магнито-стрикционных свойств материалом –Пьезоэлектрические преобразователи обеспечивают преобразование энергии электрического поля в механические колебания УЗ частоты. Используются для формирования УЗК в жидких, твердых и газообразных ве-ществах. Рабочие частоты от 20 кГц до 1000 кГц. Этот вид преобразователей получил наибольшее распространение, практически вытеснив из практики все остальные преобразователи. Поэтому основное внимание при рассмотрении вопроса об источниках ультразвуковых колебаний мы посвятим преобразователям, основанным на использовании пьезоэлектрического эффекта.

2.Уз сушка.

Ультразвуковая сушка - удаление влаги из материала под влиянием интенсивных акустических колебаний. В значительной мере эффективность ультразвуковой сушки связана с ускорением процессов теплообмена в ультразвуковом поле. При этом высушиваемый материал подвергается со стороны газовой среды воздействию ультразвукового поля с уровнем интенсивности і 145 дБ, создаваемого обычно газоструйными излучателями. Механизм воздействия упругих волн на влагу зависит от агрегатного состояния материала, его влажности, размера частиц высушиваемого материала, типа связи влаги с ним и характеристик акустического поля. При очень высокой влажности (влагосодержании) капиллярно-пористых материалов (200-500%) имеет место чисто механическое удаление влаги, которое сводится к своеобразному "вытряхиванию" жидкости из капилляров. Механическое воздействие зависит от интенсивности акустической волны, сильно возрастая при увеличении ее уровня выше 165 дБ и ослабевает с появлением частоты; наиболее сильно оно проявляется  в пучностях скорости стоячей волны, где акустические потоки максимальны. При умеренной влажности капиллярно-пористого материала (10-70%) воздействие акустических колебаний на процесс сушки проявляется с высокой и малой степенью интенсификации на первой и второй стадии, соответственно.

Билет №4

1.УЗ технологическая аппаратура для обработки твердых материалов. Ультразвуковая обработка твердых материалов заключается в скалывании мельчайших частиц (микросколов) обрабатываемого материала вследствие ударов зерен абразива либо непосредственно торца, колеблющегося с ультразвуковой частотой инструмента по поверхности изделия. Ультразвуковая абразивная размерная обработка твердых материалов применяется для резки по прямой линии или по контуру, для получения сквозных и глухих отверстий с сечением любой заданной конфигурации, для получения объемных изображений, для гравировки. Ультразвуковая размерная обработка твердых материалов: • не вызывает изменений структуры и свойств поверхностного слоя обрабатываемого изделия, характерных для других видов обработки, например, шлифования, электроэрозионной обработки и других; • позволяет производить объемную выборку материала сложной конфигурации и высокой степени чистоты поверхности, что не возможно получить другими способами; • дает возможность гибкого управления процессом; • позволяет отказаться от дорогих режущих, например, алмазных, инструментов, что снижает себестоимость продукции; • реализуется на достаточно простых, как правило, автоматизированных машинах, не требующих для обслуживания высококвалифицированного персонала. Наиболее эффективна ультразвуковая абразивная размерная обработка при обработке стекла, керамики, ферритов, германия, кремния, цветных поделочных камней. Значительно хуже обрабатываются твердые сплавы и закалённые стали. Производительность обработки снижается с увеличением вязкости и твердости обрабатываемого материала.

2. Пъезоэлектрические преобразователи. Виды пъезоэлементов. Материалы пъезоэлектрических преобразователей. Пьезоэлемент - электромеханический преобразователь, изготавливаемый из пьезоэлектрических материалов, определенной формы и ориентации относительно кристаллографических осей, с помощью которого механическая энергия преобразуется в электрическую (прямой пьезоэффект), а электрическая в механическую (обратный пьезоэффект). Пьезоэлементы могуь быть в виде: дисков, кубиков, трапецеидальный, цилиндрический, сферические и т.д Материалы пьезоэлектрических преобразований: анизотропные кристаллы естественного происхождения: кварц, турмалин;   синтетические кристаллы: сегнетова соль, ниобат лития;   поляризованные  поликристаллические сегнетоэлектрики, получаемые методами керамического производства (пьезокерамика): титанат бария , цирконат-титанат свинца  – пьезокерамика ЦТС.

Билет №5

1.Передача УЗ колебаний от преобразователей в обрабатываемые среды. Элементы теории концентратов. Для передачи ультразвуковых колебаний от преобразователя на рабочий инструмент или в рабочую среду в ультразвуковых установках применяют концентраторы и волноводы; последние имеют постоянную площадь поперечного сечения и цилиндрическую форму. Волноводы применяют, когда нет необходимости в усилении амплитуды колебаний преобразователя. Концентраторы являются трансформаторами скорости; они имеют переменную площадь поперечного сечения чаще цилиндрической формы. Благодаря такому сечению они преобразуют ультразвуковые колебания малой амплитуды, сообщаемые преобразователем и сосредоточенные на его входном торце, в колебания большей амплитуды выходного торца. Последние сообщаются рабочему органу (инструменту) ультразвуковой установки. Усиление амплитуды происходит из-за разницы площадей входного и выходного торцов концентратора — площадь первого (входного) торца концентратора всегда больше площади второго. Волноводы и концентраторы должны быть резонансными, т. е. их длина должна быть кратна целому числу полуволн. При этом условии создаются наилучшие возможности для согласования их с источником питания, колебательной системой в целом и присоединяемой к ним массой (рабочим инструментом). В ультразвуковых технологических установках наибольшее применение имеют концентраторы экспоненциальной, конической и ступенчатой форм. Последние выполняют с фланцем или без него. Встречаются и конические концентраторы с фланцем (например, в преобразователе типа ПМС-15А-18), а также комбинированные концентраторы, у которых ступени выполняют разной формы. 2.Действие УЗ на хим. реакции. Окислительно-восстановительные хим. реакции в УЗ поле. Деполимеризация и полимеризация. Электрохимическое получение хим. веществ.

Действие УЗ на хим реакции 1)Окислительно-восстановительные реакции 2)Деполимеризация 3)Полимеризация 4)Электрохимические получения в-в

Деполимеризация Действие ультразвуковых волн на полимеры и инициирование полимеризации мономеров было открыто в тридцатых годах. Было показано, что при воздействии ультразвука уменьшается вязкость растворов многих макромолекул: крахмала, желатины, каучука, агар-агара, гуммиарабика. Обнаружено также повышение восстановительной активности параформ-альдегида к аммиакату серебра вследствие образования альдегида. В последние годы обнаружено, что в расплавах полимеров под действием ультразвуковых волн механодеструкция. Кроме того, наблюдается диспергирование наполнителя в полимерной композиции и улучшается равномерность его распределения. Установлено, что механодеструкция полимера связана с возникновением под действием акустических колебаний кавитации в вязком расплаве полимера. Одновременно наблюдались окислительно-восстановительные реакции. Исследованные полимеры обладали склонностью к образованию гелей и студней; для них характерно возникновение тиксотропного ожижения под действием ультразвука. Ожижение тиксотропных гелей (или студней) под действием ультразвуковых волн осуществляется в определенной мере так же, как при обычном встряхивании. Однако заметную роль в тиксотропном ожижении могут играть и кавитационные процессы, так как при повышенном давлении или в вакууме под действием ультразвука, когда затрудняется пульсация и расщепление пузырьков, наблюдается лишь небольшое образование жидкости на поверхности. При ультразвуковом облучении растворов желатины, каучука и некоторых других полимеров наблюдалось уменьшение вязкости, которая после выключения ультразвука вновь частично повышалась. Помимо преодоления энергии ван-дер-ваальсовых взаимодействий при изменении структурной вязкости, воздействие ультразвуковых волн приводит к разрыву макромолекул. Полимеризация

Многие исследователи изучали полимеризацию стирола и других мономеров в ультразвуковом поле в присутствии различных инициаторов (Рисунок 3.4). Авторы [20] показали, что скорость образования полистирола под действием ультразвуковых волн с частотой 15 и 500 кГц возрастает в 2 раза.

1 — блок-сополимер; 2 — поливинилхлорид; 3 — полистирол

Рисунок 3.4 – Изменение состава блок-сополимеров и гомополимеров в продуктах реакции при воздействии ультразвука

Вместо непрерывного облучения ультразвуком оказалось возможным кратко-временно воздействовать ультразвуковыми волнами на начальном участке кинетической кривой, соответствующем индукционному периоду. При предварительном эмульгировании стирола в воде с помощью ультразвука (18 кГц, 1000 Вт/см²) в течение 0,5— 1,0 мин увеличивается скорость полимеризации на начальном участке кинетической кривой, а выход полимера возрастает от 65 до 80%. При этом естественно объяснить ускорение реакции и образование более крупных полимермономерных сферических частиц в образцах, обработанных ультразвуком, тривиальными причинами: высокой дисперсностью исходной эмульсии и более равномерным распределением инициатора и эмульгатора. В работах Крууса с сотрудниками было высказано предположение о том, что под действием ультразвука инициируется полимеризация чистых мономеров: акрилонитрила, стирола, изопрена, метилметакрилата, а также некоторых ароматических соединений—нитробензола, бромбензола и др.

Билет №6