Polski
Wyświetlenia: 70 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2019-08-15 Pochodzenie: Strona
Kiedy energia ultradźwiękowa działa na ośrodek, powoduje to szybkie i drobne wibracje cząstek oraz zmiany wielkości mechanicznych, takich jak prędkość, przyspieszenie, ciśnienie akustyczne i natężenie dźwięku, powodując w ten sposób efekty mechaniczne. Ultradźwięki to forma przenoszenia energii mechanicznej, która jest związana z procesem falowym i wytwarza liniowy efekt wibracji. Kiedy fala ultradźwiękowa rozchodzi się w ośrodku, amplituda przemieszczenia cząstki jest bardzo mała, ale przyspieszenie cząstki wywołane ultradźwiękami jest bardzo duże.
Jeśli fala ultradźwiękowa o częstotliwości 20 kHz i mocy 1 W/cm 2 rozchodzi się w wodzie, wytworzona amplituda ciśnienia akustycznego wynosi 173 kPa, co oznacza, że amplituda ciśnienia akustycznego zmienia się 20 000 razy pomiędzy wartością dodatnią i ujemną, wynoszącą 173 kPa na sekundę. Maksymalne przyspieszenie cząstek osiąga 1440 km/s 2, czyli około 1500 razy więcej niż przyspieszenie grawitacyjne. Zatem intensywny i szybko zmienny ruch mechaniczny to moc ultradźwięków. Mechaniczny efekt wibracji.
Gdy ośrodek ultradźwiękowy nie jest jednorodnym ośrodkiem warstwowym (takim jak tkanka biologiczna, ciało ludzkie itp.), różna impedancja akustyczna każdej warstwy spowoduje odbicie i utworzenie fali stojącej. Brzuch i węzeł fali stojącej powodują zmianę ciśnienia, napięcia i przyspieszenia. Ponieważ masy różnych cząstek ośrodka (np. cząsteczek biologicznych) są różne, prędkość drgań wywołanych zmianą ciśnienia jest różna. Zmiana ciśnienia spowodowana względnym ruchem cząstek ośrodka jest kolejną przyczyną mechanicznego efektu ultradźwiękowego. Mechaniczne działanie ultradźwięków powinno być wykorzystywane do obróbki (wiercenie, cięcie, zagęszczanie, wzmacnianie powierzchni, spawanie, czyszczenie, polerowanie i usuwanie niepożądanych filmów i zanieczyszczeń itp.) oraz do przyspieszania innych procesów, takich jak dyspergowanie, homogenizacja, emulgowanie, kruszenie i sterylizacja.
Mechaniczne działanie ultradźwiękowe jest szeroko stosowane w produkcji. Oto kilka przykładów:
Wibracje ultradźwiękowe o wysokiej częstotliwości i ciśnienie promieniowania mogą powodować skuteczne mieszanie i przepływ gazu i cieczy. Silny strumień i lokalne mikroprzepłukiwanie wytwarzane przez wibracje pęcherzyków kawitacyjnych na powierzchni stałej mogą znacznie zmniejszyć napięcie powierzchniowe i tarcie cieczy oraz zniszczyć warstwę graniczną granicy faz ciało stałe-ciecz, uzyskując w ten sposób efekt, którego nie można osiągnąć zwykłym mieszaniem mechanicznym o niskiej częstotliwości. Funkcja ta stanowi fizyczną podstawę penetracji leków, prowadzenia kosmetyków przez skórę, odgazowywania ultradźwiękowego, mieszania i uszlachetniania żywności i kosmetyków.
Wykorzystując wpływ ciśnienia i wysokiej temperatury wibracji ultradźwiękowych i kawitacji, dwa rodzaje cieczy, dwa rodzaje ciał stałych lub faza ciecz-ciało stałe, ciecz-gaz, penetrują cząsteczki, tworząc nowe właściwości materiału. Do takich zalicza się spawanie ultradźwiękowe metali lub tworzyw sztucznych, emulgowanie ultradźwiękowe, czyszczenie i atomizację.
Lokalna fala uderzeniowa powstająca po zamknięciu pęcherzyków kawitacyjnych może zmiażdżyć cząsteczki cieczy i je udoskonalić; ujednolicić krystalizację; rozproszyć duże i nierówne kropelki emulsji na małe jednolite środki (takie jak medyczne środki kontrastowe, środki do leczenia raka itp.); a nawet uwzględniają rolę ablacji skrzepliny.
Wibracje ultradźwiękowe mogą powodować, że zawieszone cząstki poruszają się z różnymi prędkościami w mediach gazowych i ciekłych, zwiększają ryzyko kolizji lub wykorzystują falę stojącą, aby skierować je do brzucha fali, co powoduje kondensację. Do tej kategorii można zaliczyć gromadzenie się pyłu w kominach i sztucznych opadach deszczu.
Ze względu na duże przyspieszenie wibracji ultradźwiękowych i korozję akustyczną kawitacji, można przeprowadzić specjalną precyzyjną obróbkę twardych i kruchych materiałów (kamieni szlachetnych, ceramiki, szkła, magnesów itp.).
Impuls ultradźwiękowy o wysokiej intensywności może być stosowany do kruszenia kamieni nerkowych i żółciowych bez uszkadzania tkanek miękkich.
