Общие требования к ультразвуковым аппаратам

Следует отметить еще одну особенность акустических свойств жидкостей с развитой в них кавитацией. Вследствие несимметричного характера колебаний кавитационного пузырька в УЗ поле волновое сопротивление жидкости будет характеризоваться существенной нелинейностью и это еще более изменит и сгладит интерференционную картину в кавитирующей жидкости.

По мере увеличения интенсивности УЗ колебаний происходит увеличение коэффициента поглощения за счет затрат энергии на УЗ колебаний на образование и поддержание кавитации. Для развитой кавитационной области поглощение увеличивается настолько, что интенсивность УЗ колебаний уменьшается в существенно на расстояниях, равных нескольким диаметрам излучающей поверхности. Отсюда следует, что увеличение продольного размера рабочего объема акустического аппарата до размеров, превосходящих десять диаметров излучающей поверхности, нецелесообразно.

Таким образом, из анализа распределения акустического поля УЗ колебаний в жидкости с развитой кавитацией следует, что диаметр излучающей поверхности рабочего инструмента должен иметь диаметр в пределах от 1 до 3 см, а продольный размер рабочего объема акустического аппарата не должен превышать 10 . 30 см.

Поскольку рабочий инструмент ультразвуковой колебательной системы выполняется обычно в виде диска необходимого диаметра и имеет две противолежащие излучающие поверхности (т.е. одновременно излучает УЗ колебания в сторону дна рабочего объема и свободной поверхности жидкости в объеме) оптимальным будет погружение рабочего инструмента в обрабатываемую среду на глубину, близкую к половине продольного размера рабочего объема.

Выбор необходимого многофункционального УЗ технологического аппарата определяется потребителями исходя из необходимости решения ряда конкретных задач в определенных условиях и наличия вполне определенных возможностей. Поэтому перейдем к обоснованию необходимого ряда многофункциональных УЗ технологических аппаратов, способных удовлетворить потребности современных пользователей.

Начнем это обоснование с классификации возможных потребителей, т.е. с распределения УЗ технологических аппаратов по возможным областям применения.

1. Индивидуальный потребитель, использующий многофункциональный УЗ аппарат в домашних условиях для приготовления настоев, экстрактов, растворения лекарственных и пищевых веществ т .п Такому потребителю необходим простой, удобный в эксплуатации малогабаритный аппарат низкой стоимости, способный обеспечить обработку различных жидких веществ в стандартных бытовых емкостях (стакан, чашка, стеклянная баночка) объемом от 50 до 200 мл. Обработка веществ осуществляется при непосредственном наблюдении за происходящими процессами и потребитель поддерживает оптимальный режим воздействия путем ручной регулировки.

2. Индивидуальный потребитель, использующий многофункциональный УЗ технологический аппарат в домашнем хозяйстве для приготовления лекарственных препаратов и продуктов питания на нескольких человек (семья), обработки семян перед посадкой, снятия накипи с домашней посуды, выполнения отверстий в хрупких твердых материалах типа стекла, керамических плиток, мойки ювелирных изделий и выполнения других рассматриваемых далее операций. Потребности такого пользователя могут быть удовлетворены УЗ технологическим аппаратом с рабочим объемом для одновременной обработки от 100 до 300 мл веществ. Этот аппарат также должен характеризоваться высокой эффективностью реализуемых процессов и низкой стоимостью. Создание и введение в состав такого УЗ аппарата специального технологического объема емкостью до 300 мл нецелесообразно из-за удорожания аппарата и наличия большого числа пригодных бытовых емкостей (стаканов, банок и т.п.), имеющих необходимый объем. В таком аппарате желательно применение таймера, позволяющего устанавливать необходимое время реализуемого процесса и выключать аппарат после завершения его эксплуатации. Применение таймера позволяет использовать многофункциональный УЗ аппарат без постоянного визуального наблюдения за его функционированием, в том числе, исключается подстройка аппарата в процессе работы. Происходящие при этом изменения температуры колебательной системы, обрабатываемого вещества, изменения физических свойств веществ, а также многие другие факторы приводят к отклонению режимов работы УЗ аппарата от оптимальных. В связи с этим, УЗ аппарат должен иметь систему автоматической стабилизации режима воздействия на оптимальном уровне.