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 7

2.1. Гидромеханические процессы

Виброожижение

Известны гидродинамические методы повышения подвижности сыпучих материалов (псевдоожижение), когда через слой диспергированного твёрдого вещества пропускают газ или жидкость. Аналогичный эффект может быть получен акустическим воздействием на сыпучий материал - виброожижением. При акустическом воздействии периодически нарушаются контакты между частицами, что приводит к повышению подвижности (эффективной вязкости). Виброожижение применяют для снижения эффективной вязкости суспензий и повышения подвижности (текучести) высокодисперсных порошков. Для виброожижения используют низкочастотные колебания: для виброожижения суспензий  гц, для порошков с размером частиц  мкм -  гц, для субмикронных порошков -  Кгц, интенсивность акустического воздействия  дБ.

С повышением интенсивности акустического воздействия эффективная вязкость суспензий сначала снижается резко, затем, после некоторого значения интенсивности, медленнее, причём это значение интенсивности увеличивается с увеличением объёмной концентрации суспензии (см. Рис. 2.1). Для порошков Эффективная вязкость снижается с возрастанием скорости вибрации  сначала быстро, затем скорость снижения вязкости монотонно убывает, стремясь к некоторому асимптотическому значению эффективной вязкости (см. Рис. 2.2). С повышением интенсивности акустического воздействия сначала уменьшается  эффективная вязкость дисперсного слоя (вибровязкий слой), затем слой начинает активно перемешиваться (виброкипящий слой), и фонтанировать. Эти режимы определяются критерием виброожижения:

        ,

где:  - сила аэродинамического сопротивления частицы,  - сила воздействия акустического поля на частицу,  - масса частицы. При  имеет место вибровязкий слой, при  - виброкипящий слой, при  - возникает эффект фонтанирования.

Виброожижение интенсифицирует теплообмен и массообмен между частицами и газом, например, в процессах сушки дисперсных материалов, растворении.

При акустическом воздействии на гидродинамические процессы меняется граница перехода от ламинарного к турбулентному режимам течения в зависимости от относительной амплитуды колебаний скорости и параметра частоты , где: - размер канала, - кинематическая вязкость среды. При повышении параметра частоты и относительной амплитуды переход происходит раньше, при этом меняется распределение скоростей по сечению канала, снижаются турбулентный перенос и сопротивление.

2.2. Разделение неоднородных жидких сред.

     К разделению неоднородных жидких сред относится отстаивание и флотация суспензий и гидрозолей (высокодисперсных суспензий), которые  могут быть существенно интенсифицированы акустическими воздействиями за счёт флотации, ударных волн и акустической коагуляции.

Коагуляция гидрозолей – образование крупных частиц за счёт слипания более мелких. Коагуляция гидрозолей существенна, когда есть кавитация, причем скорость коагуляции в начальный момент времени быстро растёт, затем резко снижается и прекращается. Обычно оптимальное время акустического воздействия для коагуляции около одной минуты. Замечено, что наибольшая скорость коагуляции при давлении близком к атмосферному. При пониженных и повышенных давлениях скорость коагуляции существенно снижается. Для эффективной коагуляции необходимы сильно развитая кавитация, атмосферное давление и оптимальное время воздействия.

Причина коагуляции – силы Бъеркнесса, возникающие между пульсирующими пузырьками и зависят от амплитуды давления в акустической волне , расстояния между частицами , плотности жидкости :  . Лучше всего коагулируют твёрдые частицы в стоячей волне. Размер образующихся агрегатов -  порядка длины волны . Замечено, что при добавке масла агрегаты получаются крупнее и прочнее. Наблюдается эффект селективной коагуляции – на разных частотах коагулируют частицы разных веществ, так, например, при частотах  Кгц угольный порошок  коагулирует, а частицы глины – нет.