Скорость звука в различных средах. Волновое уравнение, его решения для плоской волны, волновое число, удельное акустическое сопротивление. Испарение капель в неподвижном газе, не содержащем пара, страница 2

Акустические воздействия на среду могут быть: низкочастотные, высокочастотные, большой и малой интенсивности. Мерой акустического воздействия является доля энергии в единице объёма. Волновое уравнение - линейное дифференциальное уравнение, справедливо для малых  амплитуд и невысоких частот. При больших амплитудах и частотах нельзя игнорировать нелинейные члены уравнений, так как появляются явления второго порядка. При высоких частотах влияет время релаксации системы.

Низкочастотные воздействия - это когда длина волны больше характерного размера системы или элемента: . Обычно это соответствует звуковым частотам (Кгц) или инфразвук (Гц). Высокочастотные воздействия - это ультразвук (Кгц) и гиперзвуку (Гц).  Частота колебаний может быть детерминированной (монохроматическое воздействие) или иметь диапазон частот (узко или широкополосный спектральный интервал). Акустическое воздействие может быть модулировано по амплитуде, частоте, фазе, длительности; детерминировано или случайно. Широко используется акустическое воздействие в виде ударных волн - воздействий малой длительности с большой амплитудой.

Акустические воздействия могут быть:

n стимулирующие - являются движущей силой процесса (диспергирование, очистка и т.д.),

n интенсифицирующие - увеличивают скорость процесса (растворение, сушка, кристаллизация, теплообмен ...),

n оптимизирующие (управляющие) - упорядочивают процесс (грануляция, центрифугирование ...)

Акустические колебания воздействуют на химико-технологические процессы. Для каждого процесса необходима определённая частота, интенсивность.

14. Акустические явления и эффекты.

Акустические воздействия вызывают явления и эффекты первого порядка, обусловленные линейными членами волнового уравнения, и явления и эффекты второго порядка, обусловленные нелинейными членами волнового уравнения. Акустические колебания энергетически могут оказывать силовое влияние через эффекты первого и второго порядка

Эффекты первого порядка - это частота, интенсивность, скорость колебаний элементов системы, обычно оказывают управляющее влияние на процесс.

Эффекты второго порядка (нелинейные эффекты) развиваются в среде при распространении мощных акустических волн. Эффекты второго порядка вызывают различные явления. Эффекты второго порядка:

n акустические течения - вызывают явление акустической турбулентности,

n пульсация пузырьков - вызывает флотационные явления, явление выпрямленной диффузии,

n панде моторные силы - вызывают аномальное движение элементов системы,

n кавитация - вызывает флотационные явления, выпрямленную диффузию, микро струйки, микро течения, ударные волны;

n поверхностные эффекты,

n радиационное давление.

      Акустические эффекты и явления второго порядка приведены в Табл. 1.2.

Таблица 1.2. Акустические явления и эффекты второго порядка.

15.Пандемоторные силы в акустическом поле.

Акустические течения - стационарные вихревые потоки, возникающие в акустическом поле. Причиной акустических течений являются потери (рассеивание при поглощении) акустической энергии в среде. Чем больше потерь, тем интенсивнее акустические течения. В свободном пространстве акустические течения возникают в неоднородном акустическом поле в виде крупномасштабных (много больших длины волны) вихрей (см. Рис. 1.1), когда силы вязкости больше инерционных сил ,  здесь u - скорость в вихре, w_а - амплитуда скорости акустических колебаний.

 В равномерном акустическом поле акустические течения возникают у стенки в виде вихрей. При анализе таких течений используют понятие акустической толщины пограничного слоя (глубины проникновения акустических колебаний) - толщина слоя, в котором скорость вязкостного торможения падает в е раз:

.

Размер вихрей у стенки порядка четверти длины акустического воздействия вдоль стенки и около двух толщин акустического пограничного слоя поперёк (cм. Рис. 1.2). Аналогичные вихри возникают и в узких длинных трубках.