Физическая сущность ультразвуковых технологий. Классификация ультразвуковых эффектов.
Ультразвуковой метод обработки является методом механического воздействия на материал. Ультразвуковым он называется, так как частота ударов соответствует диапазону неслышимых звуков, f составляет от 16 до 105 кГц.
Передача энергии осуществляется механическими колебаниями, которые могут распространяться только в упругой среде в отличие от электромагнитных колебаний. Длина звуковой волны
,
где υ - скорость распространения волны; f - частота волны.
При распространении звуковой волны в упругой среде материальные частицы совершают упругие колебания около своих положений равновесия с колебательной скоростью ( y). Сгущение и разряжение среды в продольной волне характеризуется избыточным, так называемым звуковым давлением ( p). Для плоской звуковой волны взаимосвязь между давлением и колебанием определяется акустическим законом Ома:
p/ y = γ· υ = Ra,
где: γ - плотность среды, г/м3; υ - скорость распространения волны; Ra - акустическое сопротивление.
Скорость распространения звуковой волны зависит от плотности среды, в которой движется волна:
υ = S/ γ,
где S - модуль продольной упругости (модуль Юнга). Из формулы следует, что скорость звуковой волны тем больше, чем жестче и легче материал среды.
Преимущества ультразвуковой обработки: возможность получения акустической энергии различными техническими приемами; широта диапазона технологического применения ультразвука от размерной обработки до получения неразъемных соединений (сварка, пайка и т.д.); простоту эксплуатации и автоматизации промышленных установок.
|
|
|
Недостатки ультразвуковой обработки: повышенная стоимость акустической энергии; необходимость изготовления специальных установок и аппаратов для генерации ультразвуковых колебаний, их передачи и распределения.
Ультразвуковые колебания сопровождаются рядом эффектов, которые могут быть использованы как базовые для разработки различных процессов.
Кавитация- нарушение сплошности жидкости, возникающее при давлении ниже некоторого критического значения. При этом происходит процесс образования полостей и пузырьков в ультразвуковом поле во время фазы растяжения, имеющейся в переменном звуковом давлении. Эти полости и пузырьки аннигилируют (схлопываются) во время фазы сжатия. В зоне схлопывания кавитационного пузырька возникают большие местные мгновенные давления, достигающие значений 107-108 Н/м2.
Поглощение ультразвуковых колебаний веществом - необратимый процесс, в котором часть энергии превращается в тепловую энергию, другая же часть расходуется на изменение структуры вещества. Поглощение возникает вследствие взаимного трения частиц, зависит от свойств вещества и пропорционально квадрату частоты. Поверхностное трение возникает вследствие движения частиц у граничной поверхности, разделяющей различные среды.
|
|
|
Разделение молекул и частиц различной массыв негомогенных суспензиях в звуковом поле зависит от состава суспензий и частоты поля.
Коагуляцияобразование из мелкодиспергированных частиц (дыма, пыли) значительно более крупных частиц. Движение частиц при наличии между ними сил притяжения приводит к соударению, а затем к их объединению и укрупнению.
Дегазация жидкостейили расплавов с помощью ультразвуковых колебаний происходит вследствие вытеснения газовых пузырьков, которые приходят в движение, объединяются в пузырьки больших размеров и всплывают.
Диспергированиеявляется эффектом, противоположным коагуляции, и заключается в мелком дроблении вещества и перемешивании его с другими.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 92; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!