Ультразвуковой преобразователь для обработки жидких сред

334 2и акустически связанных с вибратором полуволновых стержневых волноводов,каждый из которых содержит ряд параллельно распределенных по его длине. плоских мембран различной толщины, мембраны, ближайшие к середине каждого нз волноводов, выполнены с резонансной частотой изгибных колебаний, совпадающей с резонансной частотойвибратора, а остальные мембраны выполнены по толщине, исходя нз соот"ношенияс 1(СООКХС 05 КХ ) -1 о где а - толщина мембраны, ближайшейк середине волновода;д; в .толщина-ой мембраны;Х , Х, - координаты мембран д и д;соответственно,К - волновое число,Я - механическая добротность мембраны.Кроме того, мембраны с толщинойбольшей и меньшей толщины мембраны,ближайшей к середине каждого из волноводов чередуются между собой ивыполнены перфорированными.Такое выполнение преобразователя способствует созданию в рабочемобъеме одинакового по интенсивностии равномерно распределенного подлине волноводов кавитационного поля и позволяет понизить чувствительность излучателя к влиянию дестабилизирующих факторов. Выполнениемембран перфорированными повышаетэффективность обработки за счет эффекта дросселирования и интенсифици-рования массообменных процессов между мембранами.На чертеже представлены ультразвуковой преобразователь и эпюра распределения амплитуд колебательногосмещения волноводов и вибратора.Ультразвуковой преобразователь содержит волноводы 1-3 с длиной, равной половине длины волны, на которых закреплены разнотолщинные излучающие мембраны 4-8 одинакового диаметра с выполненными в них отверстиями 9. Волноводы жестко связаны с вибратором 10.Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом.(соз КХ; (соз КХ )-1Огде Х - расстояние, отсчи гываемоеот торца полуволнового участка рассматриваемого волновода;1 ОХ, Х 1 - координаты мембраны, ближайшей к середине каждого изволноводов и 1-й мембраны,соответственно;си; - резонансная частота 1-ймембраны;К=2 л/ Я - волновое число;Й=м;/до 3- механическал добротностьизгибныхколебаний мембраныАсо - ширина полосы АЧХ иэгибнькмеханических колебаний науровне 1 Г 2.Мембраны целесообразно устанавливать равномерно по длине волйоводов,при этом их количество на каждом вол"норде выбирается из условия полу 25чения необходимой величины излучающей поверхности, равномерности ультразвукового поля и достижения необходимой амплитуды механических колебаний излучанпщнх мембран,З 0 Для уменьшения чувствительностипреобразователя к влиянию различныхдестабилизирующих факторов мембраныс толщиной меньше и больше толщинымембраны, ближайшей к середине волновода, устанавливаются чередующимися по направлению от середины этоговолновода к его торцам, т.е. междуих толщиной соблюдается соотношениеЭ 6 о70 Выполнение мембран перфорированными позволяет как стимулироватьпроцессы массообмена, протекающие. между отдельными, разделенными мембраМами объемами жидкости, устранить5 зоны с пониженной циркуляцией среды, так и дополнительно повыситьэффективность диспергирования засчет дросселирования в отверстияхмембран, а также способствует обра 0 зованию интенсивных турбулентных потоков и микровихрей в обрабатывае.мой жидкости, что оказывает благотворное влияние на получение эмульсий, суспензий, процессы очистки и5 т,д, Отверстия перфорации распределены по поверхности каждой излучающей.мембраны равномерно. Диаметр отверстий и плотность перфорации (степень 3Возбуждаемые в вибраторе 10 упругие колебания по волноводам 1-3передаются излучающим мембранам 4-8и далее обрабатываемой среде,Толщина излучающей мембраны 4 доближайшей к середине каждого из волноводов, т.е. находящейся вблизиузла продольных колебаний соответствующего волновода и испытывающейдействие наименьшей возбуждающейсилы среди всех мембран, выбираетсяизвестным образом так, чтобы резонансная частота 1 изгибных колебаний этой мембраны совпадала с резонансной частотой 1 вибратора 10,в результате чего в мембране 4 возбуж-даются резонансные изгибные колеба-нияеСледующие мембраны 5 и 6 закреплены на волноводах в местах, где амплитуда смещений продольных колебаний всегда больше, чем в месте закрепления мембраны 4 и поэтому ихтолщийа изменяется таким образом, что .бы амплитуда механических колебанийэтих мембран и величина создаваемогоими в объеме жидкости ультразвуковогополя совпадала с этими же величинаминастроенной в резонанс мембраны 4.При этом резонансная частотамембраны 5 расстраивается в меньшуюсторону от резонансной частотыЪибратора 10: Г с Ка резонансная частота Е 6 мембраны 6 - в большую: 16 с , что достигается соответ-,ствующим вйбором.толщины мембран 5 и бф 3ак о "- сг,.где й - толщина -й мембраны.Резонансные частоты мембрани 8,расположенных в пучностях продольныхколебаний волноводов, в еще большей 4степени расстраиваются относительно резонансной частоты вибратора 1 рдо получения амплитуды механическихколебаний мембран 7 и 8 и интенсивности создаваемого ими ультразвуко-. 4вого поля, также совпадакзцими с ана.1 погичными величинами мембран 4-6:сЕ с (Е сЮпричем толщина мембраны 7 уменьшается, а мембраны 8 - увеличивается по 5сравнению с толщиной мембран 4-6;И)д 6 З ) д )ЫНеобходимое для получения равномерного кавитационного поля отношение толщины д; -Й мембранык толщине 3 мембраны, ближайшей к сере дине каждого из волноводов, определяется иэ математического выражения 4Го 1+ + д(,+ 2,а -11126334 аказ 85941 атее3 ф перфорацни) зависят от вязкости обрабатываемой среды и увеличиваются с ее ростом, а отношение площади отверстий перфорации к полной площади поверхности мембраны находится в пре делах 0,01-0, 5. При меньшем соотношении влияние перФорации на процессы массообмена, протекающие между отдельными, разде ленными мембранами объемами жидкости, становится незначительным, а при большем - недопустимо уменьшается величина излучающей поверхности мембран и объем кавитационного поля. 15 Таким образом, предлагаемый преобразователь имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом, позволяя повысить эффект обработКи жидких сред, например, эмульгирования, диспергирования, очистки, пропитки и т.д.Использование преобразователей с резонансными частотами 36 н 72 кГц с тремя соосными волноводамн в каждом излучателе и шестью излучающими мембранами на каждом волноводе позволяет увеличить однородность и степень дисперсности суспенэий в 1,5-1,8 раза. ирак 466 Прописное родул.Проектная, 4