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Aufrufe: 70 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 15.08.2019 Herkunft: Website
Wenn die Ultraschallenergie auf das Medium einwirkt, verursacht sie eine schnelle und feine Schwingung der Partikel und erzeugt Änderungen mechanischer Größen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Schalldruck und Schallintensität, wodurch mechanische Effekte verursacht werden. Ultraschall ist eine Form der Übertragung mechanischer Energie, die mit dem Wellenprozess zusammenhängt und einen linearen Schwingungseffekt erzeugt. Wenn sich Ultraschallwellen in einem Medium ausbreiten, ist die Verschiebungsamplitude der Partikel sehr klein, aber die durch Ultraschall verursachte Beschleunigung der Partikel ist sehr groß.
Wenn 2 sich eine Ultraschallwelle mit 20 kHz und 1 W/cm in Wasser ausbreitet, beträgt die erzeugte Schalldruckamplitude 173 kPa, was bedeutet, dass die Schalldruckamplitude 20.000 Mal zwischen positiven und negativen 173 kPa pro Sekunde variiert. Die maximale Teilchenbeschleunigung erreicht 1440 km/s 2, was etwa dem 1.500-fachen der Erdbeschleunigung entspricht. Daher handelt es sich bei der intensiven und sich schnell ändernden mechanischen Bewegung um Kraftultraschall. Mechanischer Vibrationseffekt.
Wenn das Ultraschallmedium kein homogenes Schichtmedium ist (z. B. biologisches Gewebe, menschlicher Körper usw.), führt die unterschiedliche akustische Impedanz jeder Schicht zur Reflexion und Bildung stehender Wellen. Der Bauch und der Knoten der stehenden Welle bewirken eine Änderung von Druck, Spannung und Beschleunigung. Da die Masse verschiedener Mediumpartikel (z. B. biologischer Moleküle) unterschiedlich ist, ist die durch die Druckänderung verursachte Schwingungsgeschwindigkeit unterschiedlich. Die durch die Relativbewegung der Mediumpartikel verursachte Druckänderung ist ein weiterer Grund für den mechanischen Ultraschalleffekt. Die mechanische Wirkung von Ultraschall soll zur Bearbeitung (Bohren, Schneiden, Verdichten, Oberflächenverfestigen, Schweißen, Reinigen, Polieren und Entfernen unerwünschter Filme und Verschmutzungen etc.) sowie zur Beschleunigung anderer Prozesse wie Dispergieren, Homogenisieren, Emulgieren, Zerkleinern und Sterilisieren genutzt werden.
Die mechanische Wirkung von Ultraschall wird in der Produktion häufig eingesetzt. Hier einige Beispiele:
Ultraschall-Hochfrequenzvibrationen und Strahlungsdruck können eine wirksame Bewegung und Strömung in Gasen und Flüssigkeiten bewirken. Der starke Strahl und die lokale Mikrospülung, die durch Kavitationsblasenvibrationen auf der festen Oberfläche erzeugt werden, können die Oberflächenspannung und Reibung der Flüssigkeit erheblich reduzieren und die Grenzschicht der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche zerstören, wodurch der Effekt erzielt wird, den normales mechanisches Rühren mit niedriger Frequenz nicht erzielen kann. Diese Funktion ist die physikalische Grundlage für die Wirkstoffpenetration, die Führung der Haut durch Kosmetika, die Ultraschallentgasung sowie das Mischen und Verfeinern von Lebensmitteln und Kosmetika.
Durch die Nutzung der Druck- und Hochtemperatureffekte von Ultraschallvibration und Kavitation kommt es zu einer Moleküldurchdringung von zwei Arten von Flüssigkeiten, zwei Arten von Feststoffen oder einer Flüssigkeit-Fest- bzw. Flüssigkeit-Gas-Grenzfläche, wodurch neue Materialeigenschaften entstehen. Dazu zählen das Ultraschallschweißen von Metallen oder Kunststoffen, das Ultraschallemulgieren, Reinigen und Zerstäuben.
Die nach dem Verschluss von Kavitationsblasen entstehende lokale Stoßwelle kann die Partikel in der Flüssigkeit zerkleinern und verfeinern; die Kristallisation gleichmäßig machen; die großen und ungleichmäßigen Emulsionströpfchen in kleine, gleichmäßige Wirkstoffe (wie medizinische Kontrastmittel, Krebsbehandlungsmittel usw.) verteilen; und schließen sogar die Rolle der Thrombusablation ein.
Ultraschallvibrationen können dazu führen, dass sich suspendierte Partikel in gasförmigen und flüssigen Medien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision erhöhen oder stehende Wellen nutzen, um sie dazu zu bringen, sich in den Bauch der Welle zu bewegen, wodurch es zur Kondensation kommt. Zu dieser Kategorie können Staubabsaugung im Rauchabzug und künstliche Regenerierung gehören.
Aufgrund der hohen Beschleunigung der Ultraschallschwingung und der akustischen Korrosion der Kavitation kann die besondere Präzisionsbearbeitung harter und spröder Materialien (Edelsteine, Keramik, Glas, Magnete usw.) durchgeführt werden.
Mit einem hochintensiven Ultraschallimpuls können Nieren- und Gallensteine zerkleinert werden, ohne das Weichgewebe zu schädigen.
