ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ультразвук из "Метрология, специальные общетехнические вопросы Кн 1 " Ультразвук — акустические колебания, распространяющиеся в упругой среде с частотой, превышающей верхний порог слышимости человеческого уха, 15—20 кгц. [c.286] Верхний предел частот ультразвуковых колебаний ограничивается частотами 108—109 г и, таким образом, граничит с гиперзвуковыми волнами, про-стирающжмися до частот порядка 10 гг . [c.286] Свойства ультразвуковых колебаний сравнительно низкой частоты мало отличаются от звуковых. Улыразвук высокой частоты имеет особенности, которые и обуславливают его широкое применение в самых разнообразных областях науки и техники [44—63]. [c.286] Соотношение (15. 8) показывает, что с увеличением частоты колебаний длина волны в данной среде уменьшается. [c.286] Ультразвук отличается от обычных звуков тем, что имеет значительно более 1 )роткую длину волны. [c.286] В табл. 15. 3 приведены значения длин волн для частот звукового и ультра-звзгкового диапазонов в воздухе при 20° С ( = 346 л/сек), вычисленные по соотношению (15. 8). [c.286] В табл. 15. 4 сопоставлен порядок длин волн при различных яастотаж для газообразных, жидких и твердых сред. [c.286] Из-за малости длин волн ультразвука можно осуществить направленное излучение при небольших размерах излучателя и с малым расхождением пучка. [c.286] Малые линии ультразвуковых волн, а следовательно, и возможность получения ультразвуковых пучков позволяют сосредоточивать всю энергию в нужном направлении и фокусировать лучи, т. е. концентрировать всю энергию излучателя в небольшом объеме. Для фокусировки ультразвука могут быть использованы фокусирующие излучатели [57, 62] различных видов (вогнутые, сферические, цилиндрические и др. из титаната бария) зеркала и звуковые линзы из металла, пластмасс или жидкостей [48, 57], трансформаторы скорости (концентраторы) [46, 56]. [c.287] Из соотношений (15. 2) и (15. 3) следует, что При возрастании скорости частиц среды пропорционально частоте ускорение их растет пропорционально квадрату частоты (снреведливо для волн малых амплитуд). При высоких 5 ль-тразвуковых частотах это приводит к огромным значениям ускорений частиц, в 10 —10 раз превосходящим ускорение силы тяжести, несмотря на очень незначительную амплитуду колебаний. Такпе большие ускорения способствуют разрыву частиц и оказывают существенное влияние на процессы растворения, диспергирования, эмульгирования и др. [c.287] Ультразвук позволяет передать внутрь материальной среды большую энергию механических колебаний, что широко используется для воздействия на вещество. [c.287] Мощность ультразвука, полученная от искусственных источников, может достигать десятков, сотен ватт или даже киловатт, а интенсивность — десятков и сотен вт/сл1 . В случае средней и большой интенсивностей ультразвука теория распространения упругих колебаний уже не может ба.эироваться иа линейном волновом уравнении, рассмотренном выше. При больших интенсив-ностяхвозникают искажения формы ультразвуковой волны в процессе ее распространения (участки сжатия среды опережают участки разрежения). Радиационное давление и акустические потоки (звуковой ветер) — это так называемые эффекты второго порядка, рассматриваемые в теории нелинейной акустики [56, 57]. [c.287] При распространении интенсивных ультразвуковых колебаний в жидкости возникает эффект, называемый ультразвуковой кавитацией. Жидкости способны легко подвергаться всестороннему сжатию (до 10—100 кГ см ), но они сильно чувствительны к растягивающим усилиям. [c.287] При интенсивных колебаниях в жидкой среде мгновенное значение давления в звуковой волне изменяется от нескольких атмосфер до такого же разрежения (отрицательного давления). [c.287] При прохождении фазы волны, создающей разрежение, жидкость рвется. [c.287] В ней образуется очень большое количество мельчайших пузырьков в местах, где прочность ншдкости ослаблена такинш местами могут быть незначительные пузырьки газа, частицы посторонних примесей и др. Эти маленькие заполненные парами или газами полости (кавитационные пузырьки) после кратковременного существования захлопываются , при это 1 развиваются местные мгновенные давления, достигающие сотен атмосфер, которые вызывают механические разрушения поверхности твердого тела, находящегося вблизи мест захлопываний . [c.287] Процессы, развивающиеся в кавитационных пузырьках, сложны по характеру. Я. И. Френкель предположил, что процессы образования и захлопывания пузырьков сопровождаются местной электризацией. Электрические явления, возникающие в кавитационных пузырьках, по-видимому, и служат причиной химического действия ультразвука. [c.287] Кавитация лежит в основе практического применения ультразвука, так как она ускоряет и интенсифицирует процессы. Иногда кавитация тормозит процесс или действует разрушающе [46, 57]. [c.288] Перемешивание жидкостей под действием сильных ультразвуков (влияние звукового ветра) ускоряет ряд производственных процессов. Эффект фонтанирования при больших интенсивностях ультразвука применяется для получения аэрозолей. [c.288] Ультразвуковые колебания большой интенсивности начинают. успешно применяться в нефтяной промышленности для интенсификации процесса термического крекинга [63], получения консистентных смазок [54], Диспергирования твердых компонентов консистентных смазок [54], деэмульсации стойких нефтяных эмульсий [50], фильтрации суспензий различной степени дисперсности [54, 63], звукового бурения и ряда других процессов. [c.288] Вернуться к основной статье