功率超声在化工领域的应用 
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功率超声在化工领域的应用

超声学的主要应用技术体现在两个方面:检测超声波和功率超声波。

检测超声又称为弱超声的”被动应用”, 检测超声是利用麾瓦量级的小功率超声的传播特性对媒质的各种非声学量及其变化实施检测或控制。例如医学中的A超、B超、 c超等显像诊断仪器; I业中的金属探伤、测厚、测距等检测仪器。

功率超声又称为“大功率超声的主动应用”,是利用较大功率的超声对物质作用 ,以改变或加速改变物质的一些物理、化学和生物特性或状态的技术。功率超声在化工中的应用,近年来有了新的发展,展示出广阔的前景。本文意在对功率超声在化工领域的应用予以综述,以期引起化工领域对功率超声应用的关注。

一功率超声机理概述

一定强度的超声波在媒质中传播时,产生力学、热学、光学、电学和化学等-系列效应 ,这些效应归纳起来,有三种基本的作用。

1.机械作用。超声波是机械能量的传播形式,与被动过程有关,能产生线性交变的振动作用。这种机械能量主要体现在媒质的质点间的振动、加速度冲击、压剪切等效应力作用。若28khz , 1W/cm2的声强在水中传播,产生的声压值为242kpa ,这就是说,在242kpa的压力下产生2.8万次振动,质点加速度大约为重力加速度的2000倍。

2.空化作用。当-定强度的超声波在液体媒质中传播时,使液体中的微气泡的振荡生成、增大、收缩、崩溃导致气泡附近的液体产生强烈的激波,形成局部点的极端高温高压,空化泡崩溃的瞬间其 周围极小空间内产生5000k以上的高温和大约50mpa的高压,其温度变化速率达109k/s ,并伴生出强烈冲击波和时速达400km的微射流,这种极端高压、高温、射流又是以每秒数万次连续作用产生的,超声空化引起了湍动效应、微扰效应、界面效应,聚能效应。其中湍动效应使边界层减薄,增大传质速率;微扰效应强化了微孔扩散:界面效应增大传质表面积聚能效应扩大了分离物质分子从而从整体上强化了化工分离强化过程的传质速率和效果。因此,空化作用是功率超声基本的特质。

3.热作用。超声波在媒质中传播, 其振动能量不断被媒质吸收转变为热能而使自身温度升高。声能被吸收可引起媒质中的整体加热、边界外的局部加热和空化形成激波时波前处的局部加热。


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