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 6

При диспергировании жидкостей обычно акустическую энергию подводят через жидкость, при этом диспергирование происходит с поверхности жидкости, с гребней капиллярных волн. Такой способ диспергирования связан с большим расходом энергии, однако иногда он оказывается целесообразным, например, для диспергирования топлива для улучшения качества горения и расплавов для получения порошков, так как этим способом можно получить высокодисперсные частицы, которые трудно или энергоёмко получить другими способами. Например, при получении порошков свинца из расплава акустическим методом (Кгц, Вт/см²) затраты энергии составляют порядка 1 киловатт-часа на 1 Кг порошка, а при получении того же количества порошка с помощью шаровой мельницы затрачивается порядка 50 киловатт-часов.

При диспергировании жидкости в случае дополнительного дробления капель, полученных другими способами, акустическую энергию подводят через газ. В этом случае разрушение капель происходит за счёт акустических капиллярных волн на поверхности капель, но для этого нужна большая акустическая мощность. Дисперсность при акустическом диспергировании зависит от плотности и поверхностного натяжения жидкости. Размер капель, полученных  аэродинамическим и акустическим диспергированием для некоторых жидкостей, приведён в таблице:

Размер капель, мкм, полученных различными способами диспергирования

Вещество

Аэродинамическое

диспергирование

Акустическое

диспергирование

Вода

560

190

Бензол

225

180

Свинец

3400

44

Акустическое диспергирование  применяется в медицине для получения аэрозолей лекарственных и биологически активных веществ (ультразвуковые ингаляторы) и в научно-исследовательской практике.

Диспергирование твёрдых тел с помощью акустических воздействий осуществляется в жидкой среде (обычно в воде) при кавитации. Акустическая энергия подводится к жидкости. Эффективнее диспергирование происходит, если жидкость насыщена газом, или пузырьками газа. Разрушение агломератов частиц или  частиц происходит ударными волнами и микро струйками, генерируемыми кавитирующей средой. Если размер пузырьков больше размера твёрдых частиц разрушение происходит ударными волнами. Если размер пузырьков меньше твёрдых частиц – то  и микро струйками,  так как частицы искажают форму схлопывающихся пузырьков, что приводит к образованию микро струек. Твёрдая поверхность в кавитирующей среде подвергается ударам микро струек, которые выбивают из неё микро частицы (кавитационная эрозия) или сбивают отложения на поверхности (ультразвуковая очистка). Для этих целей используется ультразвук частотой  Кгц, иногда частоту повышают до  Кгц. Ударными волнами гомогенизируют (дробят до коллоидного состояния) твёрдое топливо (торф, уголь) для возможности его транспорта по трубопроводам и сжигания с помощью форсунок. В этом случае ударные волны генерируются электрическими разрядами в жидкости.

20.  Воздействие акустических колебаний на химико-технологические процессы

Воздействие акустических колебаний на химико-технологические процессы может иметь следующий характер: стимулирующий – в тех случаях, когда они являются движущей силой процесса (например, акустическое диспергирование, акустическая очистка); интенсифицирующий – когда акустические колебания лишь увеличивают скорость процесса (например, при акустическом растворении, акустической сушке); оптимизирующий – когда акустические колебания лишь упорядочивают течение процесса (например, акустическая грануляция). Воздействие акустических колебаний на различные процессы не одинаково, что иллюстрируют Таблицы  2.1, 2.2,2.3.

Вставить таблицы

Интенсивность акустического воздействия характеризуется величиной  [Вт/м³], где  - плотность акустической энергии. Эта величина показывает, какая акустическая мощность приходится на единицу объёма. Эту величину можно достаточно просто измерить калориметрическим методом.