RU143737U1

RU143737U1 - ULTRASONIC FLOWING REACTOR

Info

Publication number: RU143737U1
Application number: RU2013150066/05U
Authority: RU
Inventors: Борис Анатольевич Кандалинцев; Александр Егорович Шестовских; Юрий Евгеньевич Архипов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РЭЛТЕК"
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2014-07-27

Abstract

Ультразвуковой проточный реактор, содержащий рабочую камеру в виде трубы, на наружной поверхности которой по периметру и вдоль продольной оси трубы закреплены и акустически связаны с ней ультразвуковые преобразователи, отличающийся тем, что труба имеет в сечении квадрат, длина стороны которого равна λ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в обрабатываемой жидкой среде, кроме того, ультразвуковые преобразователи идентичны, сгруппированы по четыре и закреплены на пересечениях n линий периметра рабочей камеры с параллельными ее продольной оси серединными линиями стенок, где n равно 1, 2, 3,…, при этом преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры, подключены противофазно, а на серединных линиях стенок камеры по отношению друг к другу преобразователи подключены таким образом, что преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры, остаются подключенными противофазно.An ultrasonic flow reactor containing a working chamber in the form of a pipe, on the outer surface of which along the perimeter and along the longitudinal axis of the pipe ultrasonic transducers are fixed and acoustically connected with it, characterized in that the pipe has a square cross-section, the side length of which is λ, where λ - the wavelength of ultrasonic vibrations in the processed liquid medium, in addition, the ultrasonic transducers are identical, grouped in four and fixed at the intersections of n lines of the perimeter of the working chamber with its parallel of the longitudinal axis by the middle lines of the walls, where n is 1, 2, 3, ..., while the transducers mounted on opposite walls of the chamber are connected out of phase, and on the middle lines of the chamber walls with respect to each other, the transducers are connected so that the transducers are fixed on opposite walls of the chamber, remain connected out of phase.

Description

Полезная модель относится относится к смешиванию жидкостей и может быть использована для обработки жидких сред, а именно: для диспергирования, эмульгирования, гомогенизации.The utility model relates to the mixing of liquids and can be used to process liquid media, namely: for dispersion, emulsification, homogenization.

Наиболее близким к предлагаемому является ультразвуковой проточный реактор, рабочая камера которого выполнена в виде трубы, внутри которой находится обрабатываемая жидкая среда. Ввод колебаний осуществляется через стенки трубы, для чего на наружной поверхности трубы по периметру и вдоль оси трубы закреплены и акустически связаны с ней большое число ультразвуковых преобразователи (Horst C., Design of ultrasound reactors for tehnical scale organometallics and electrochemical synthesis / Horst C., Lidermein A., Hoffman U. // TU Hamburg-Hamburg Reports of Sanytary Engineering 35, 2002, Neis U. (ed.). Ultrasound in Environmental Engineering // ISSN 0724-0783; ISBN 3-930400-47-2).Closest to the proposed is an ultrasonic flow reactor, the working chamber of which is made in the form of a pipe, inside which is the processed liquid medium. The input of vibrations is carried out through the pipe walls, for which a large number of ultrasonic transducers are attached and acoustically connected to the outer surface of the pipe along the perimeter and along the pipe axis (Horst C., Design of ultrasound reactors for tehnical scale organometallics and electrochemical synthesis / Horst C., Lidermein A., Hoffman U. // TU Hamburg-Hamburg Reports of Sanytary Engineering 35, 2002, Neis U. (ed.) Ultrasound in Environmental Engineering // ISSN 0724-0783; ISBN 3-930400-47-2).

Изобретение решает только задачу увеличения времени воздействия ультразвуковых колебаний на жидкую среду, протекающую через рабочую камеру реактора, путем формирования каждым из ультразвуковых преобразователей в объеме жидкости на пути ее прохождения через камеру реактора своей зоны акустического давления. Причем пространственное расположение этих зон неизменно, поскольку в известном реакторе отсутствует возможность изменения их расположения в пространстве рабочего объема, а также отсутствует возможность формирования областей кавитации с регулируемой кавитационной активностью. Кроме того, в известном реакторе локальные зоны акустического давления сформированы в произвольном порядке, что снижает эффективность использования энергии ультразвуковых колебаний, а, следовательно, снижает интенсивность ультразвукового воздействия в рабочем объеме, снижает производительность и степень обработки текучих технологических сред.The invention solves only the problem of increasing the exposure time of ultrasonic vibrations to a liquid medium flowing through the working chamber of the reactor by forming each of the ultrasonic transducers in the volume of liquid along its path through the reactor chamber of its acoustic pressure zone. Moreover, the spatial location of these zones is unchanged, since in the known reactor there is no possibility of changing their location in the space of the working volume, and there is also no possibility of the formation of cavitation areas with controlled cavitation activity. In addition, in the known reactor, local zones of acoustic pressure are formed in an arbitrary order, which reduces the efficiency of using the energy of ultrasonic vibrations, and, therefore, reduces the intensity of ultrasonic exposure in the working volume, reduces the productivity and degree of processing of fluid process media.

Предлагаемая полезная модель решает задачу создания ультразвукового проточного реактора, осуществление которого позволяет достичь технического результата при обработке текучих сред в режиме непрерывного потока, заключающегося в возможности формирования областей кавитации с регулируемой кавитационной активностью в любой части рабочего объема камеры реактора и в возможности изменения их расположения в пространстве рабочего объема камеры реактора, в повышении эффективности использования энергии ультразвуковых колебаний, в повышении интенсивности ультразвукового воздействия в рабочем объеме камеры реактора и в увеличении производительности обработки и степени воздействия на текучие технологические среды в режиме непрерывного потока без увеличения размеров участка ультразвукового воздействия.The proposed utility model solves the problem of creating an ultrasonic flow reactor, the implementation of which allows to achieve a technical result in the processing of fluids in continuous flow mode, which consists in the possibility of forming cavitation areas with controlled cavitation activity in any part of the working volume of the reactor chamber and in the possibility of changing their location in space the working volume of the reactor chamber, in increasing the energy efficiency of ultrasonic vibrations, in increased and the intensity of the ultrasonic effect in the working volume of the reactor chamber and in the increase in processing productivity and the degree of impact on fluid process media in a continuous flow mode without increasing the size of the ultrasonic impact section.

Сущность заявленной полезной модели состоит в том, что в ультразвуковом проточном реакторе, содержащем рабочую камеру в виде трубы, на наружной поверхности которой по периметру и вдоль продольной оси трубы закреплены и акустически связаны с ней ультразвуковые преобразователи, новым является то, что труба имеет в сечении квадрат, длина стороны которого равна λ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в обрабатываемой жидкой среде, кроме того ультразвуковые преобразователи идентичны, сгруппированы по четыре и закреплены на пересечениях n линий периметра рабочей камеры с параллельными ее продольной оси серединными линиями стенок, где n равно 1, 2, 3, …, при этом преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры, подключены противофазно, а на серединных линиях стенок камеры по отношению друг к другу преобразователи подключены в заданном порядке.The essence of the claimed utility model is that in an ultrasonic flow reactor containing a working chamber in the form of a pipe, on the outer surface of which ultrasonic transducers are fixed and acoustically connected to it along the perimeter of the pipe, the pipe has a section in section a square whose side length is equal to λ, where λ is the wavelength of ultrasonic vibrations in the processed liquid medium, in addition, the ultrasonic transducers are identical, grouped in four and fixed to the crossed n lines of the perimeter of the working chamber with the midline of the walls parallel to its longitudinal axis, where n is 1, 2, 3, ..., while the transducers mounted on opposite walls of the chamber are connected in phase, and on the middle lines of the walls of the chamber with respect to each other the transducers are connected in the specified order.

Заявленный технический результат достигается следующим образом.The claimed technical result is achieved as follows.

Существенные признаки полезной модели: «Ультразвуковой проточный реактор, содержащий рабочую камеру в виде трубы, на наружной поверхности которой по периметру и вдоль продольной оси трубы закреплены и акустически связаны с ней ультразвуковые преобразователи,…» являются неотъемлемой частью заявленного устройства и обеспечивают его работоспособность, а, следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата.The essential features of the utility model: "An ultrasonic flow reactor containing a working chamber in the form of a pipe, on the outer surface of which along the perimeter and along the longitudinal axis of the pipe ultrasonic transducers are fixed and acoustically connected with it, ..." are an integral part of the claimed device and ensure its operability, and , therefore, ensure the achievement of the claimed technical result.

В заявленном реакторе ультразвуковые преобразователи закреплены на наружной поверхности стенок рабочей камеры и акустически связаны с ними, что обеспечивает передачу ультразвуковых колебаний в рабочий объем камеры через ее стенку.In the claimed reactor, ultrasonic transducers are mounted on the outer surface of the walls of the working chamber and are acoustically connected with them, which ensures the transmission of ultrasonic vibrations into the working volume of the chamber through its wall.

Выполнение рабочей камеры в виде трубы, в сечении которой квадрат, обеспечивает возможность закрепления звуковых преобразователей напротив друг друга, а именно: на противоположных стенках рабочей камеры, а также на равных расстояниях друг от друга, что в процессе работы преобразователей, при их идентичности, способствует формированию стоячей волны с максимальной амплитудой. При этом ультразвуковые преобразователи сгруппированы по четыре и закреплены на пересечениях n линий периметра рабочей камеры с параллельными ее продольной оси серединными линиями стенок, где n равно 1, 2, 3, … В результате, преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры, имеют общую осевую линию, а формируемые ими звуковые волны распространяются навстречу друг другу по общей осевой, что приводит к возникновению внутри обрабатываемой жидкой среды стоячей звуковой волны. При этом, поскольку рабочая камера имеет в сечении квадрат, длина стороны которого равна λ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в обрабатываемой жидкой среде, то расстояние до преграды равно четному числу четвертей падающей и отраженной волн, что обеспечивает максимальную амплитуду результирующего колебания («Ультразвуковая технология» под ред. докт. техн. наук проф. В.А. Аграната, М.: «Металлургия», 1974, с. 37). При этом, поскольку преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры подключены противофазно, то формируемые ими звуковые волны складываются с отраженной волной от противоположной стенки, на которой закреплен противофазно подключенный преобразователь, что, благодаря идентичному выполнению преобразователей, фактически удваивает амплитуду результирующей стоячей волны.The implementation of the working chamber in the form of a pipe, the cross section of which is square, provides the possibility of fixing sound transducers opposite each other, namely: on opposite walls of the working chamber, as well as at equal distances from each other, which in the process of operation of the transducers, when they are identical, contributes to the formation of a standing wave with maximum amplitude. In this case, the ultrasonic transducers are grouped in four and fixed at the intersections of n lines of the perimeter of the working chamber with the median wall lines parallel to its longitudinal axis, where n is 1, 2, 3, ... As a result, the transducers mounted on opposite walls of the chamber have a common axial line and the sound waves formed by them propagate towards each other along the common axial axis, which leads to the appearance of a standing sound wave inside the processed liquid medium. Moreover, since the working chamber has a square in cross section, the side length of which is λ, where λ is the wavelength of ultrasonic vibrations in the processed liquid medium, the distance to the barrier is equal to an even number of quarters of the incident and reflected waves, which ensures the maximum amplitude of the resulting oscillation (" Ultrasonic technology ”under the editorship of Doctor of Technical Sciences, Professor V. A. Agranat, Moscow:“ Metallurgy ”, 1974, p. 37). Moreover, since the transducers mounted on opposite walls of the chamber are connected in antiphase, the sound waves they form are added to the reflected wave from the opposite wall, on which the inverted transducer is mounted, which, thanks to the identical design of the transducers, actually doubles the amplitude of the resulting standing wave.

В стоячей волне точки, в которых результирующая амплитуда колебаний частиц среды обращается в нуль, называются узлами, а точки с максимальной амплитудой - пучностями. Известно (там же с. 37-41), что в стоячей волне расстояние между двумя соседними узлами или пучностями равно половине длины волны. Поскольку расстояние между стенками камеры равно λ, то стоячая звуковая волна, формируемая внутри камеры каждой парой противофазно подключенных преобразователей, имеет три пучности: вблизи противоположных стенок камеры и центральную, отстоящую на λ/2 от стенок камеры, и два узла, отстоящие на λ/4 от противоположных стенок камеры.In a standing wave, points at which the resulting amplitude of the oscillations of the particles of the medium vanishes are called nodes, and points with a maximum amplitude are called antinodes. It is known (ibid. P. 37-41) that in a standing wave the distance between two adjacent nodes or antinodes is equal to half the wavelength. Since the distance between the walls of the chamber is equal to λ, the standing sound wave generated inside the chamber by each pair of out-of-phase transducers has three antinodes: near the opposite walls of the chamber and the central one, separated by λ / 2 from the walls of the chamber, and two nodes, separated by λ / 4 from opposite walls of the chamber.

В стоячей звуковой волне пучности звукового давления возникают в узлах волны, а узлы звукового давления возникают в пучностях стоячей звуковой волны. При этом максимальное звуковое давление соответствует переходу стоячей волны из области отрицательных значений амплитуды в положительную, а минимальное - переходу стоячей волны из области положительных значений в отрицательную («Ультразвуковая технология» под ред. докт.техн. наук проф. В.А. Аграната, М.: «Металлургия», 1974, с. 37-41). В заявленном реакторе звуковое давление создаваемой стоячими волнами от каждой пары преобразователей, соответственно имеет нулевые значения вблизи стенок камеры и на расстоянии λ/2 от стенок камеры; максимальное положительное и минимальное отрицательное значения - на расстоянии λ/4 от соответствующих стенок камеры, т.е. в первом и втором узлах стоячей волны.In a standing sound wave, antinodes of sound pressure arise in the nodes of the wave, and nodes of sound pressure arise in the antinodes of the standing sound wave. In this case, the maximum sound pressure corresponds to the transition of the standing wave from the region of negative amplitude values to positive, and the minimum corresponds to the transition of the standing wave from the region of positive values to negative ("Ultrasonic technology" under the editorship of Doctor of Technical Sciences, Professor V. A. Agranat, M.: Metallurgy, 1974, p. 37-41). In the claimed reactor, the sound pressure generated by standing waves from each pair of transducers, respectively, has zero values near the walls of the chamber and at a distance of λ / 2 from the walls of the chamber; the maximum positive and minimum negative values are at a distance of λ / 4 from the corresponding walls of the chamber, i.e. in the first and second nodes of a standing wave.

При этом, поскольку в каждой группе из четырех преобразователей, расположенных в плоскости n-го периметра рабочей камеры, преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры, подключены противофазно, то преобразователи с одинаковой фазой подключения оказываются закрепленными на соседних стенках камеры. В результате в четверке преобразователей каждая пара противофазно подключенных преобразователей формирует значения максимального положительного и максимального отрицательного звукового давления в общей для них зоне рабочего объема камеры. При этом в рабочей камере в каждом сечении по n-ому периметру формируются четыре зоны суммарного звукового давления: зона максимального звукового давления и зона разряжения, как результаты интерференции соответственно положительных и отрицательных значений звукового давления двух пар преобразователей, и, образованные между ними, две зоны нулевого звукового давления. Поскольку звуковое давление суммируется, то в результате в рабочем объеме камеры формируются локальные зоны повышенного звукового давления, которое превышает примерно в четыре раза звуковое давление, создаваемое одним преобразователем. Причем, благодаря закреплению ультразвуковых преобразователей на пересечениях n линий периметра рабочей камеры с параллельными ее продольной оси серединными линиями стенок, локальные зоны звукового давления формируются вдоль оси рабочей камеры.Moreover, since in each group of four transducers located in the plane of the n-th perimeter of the working chamber, the transducers mounted on opposite walls of the chamber are connected in opposite phases, the transducers with the same phase of connection are mounted on adjacent walls of the chamber. As a result, in the four transducers, each pair of out-of-phase transducers generates the values of the maximum positive and maximum negative sound pressure in the common zone of the working volume of the chamber. Moreover, in the working chamber in each section along the nth perimeter, four zones of total sound pressure are formed: the zone of maximum sound pressure and the rarefaction zone, as the results of interference, respectively, of positive and negative sound pressure values of two pairs of transducers, and two zones formed between them zero sound pressure. Since the sound pressure is summed, as a result, local zones of increased sound pressure are formed in the working volume of the chamber, which exceeds approximately four times the sound pressure created by one transducer. Moreover, due to the fastening of ultrasonic transducers at the intersections of n lines of the perimeter of the working chamber with the median lines of the walls parallel to its longitudinal axis, local zones of sound pressure are formed along the axis of the working chamber.

При этом, поскольку в каждой четверке преобразователей зоны суммарного звукового давления формируют соседние синфазно подключенные преобразователи, то пространственное расположение этих зон в рабочем объеме вдоль оси рабочей камеры находится в прямой зависимости от того, на каких стенках камеры закреплены преобразователи с одинаковой фазой подключения. В заявленном реакторе преобразователи по серединным линиям стенок камеры по отношению друг к другу подключены в заданном порядке. В результате, задавая фазы подключения преобразователей на серединных линиях стенок рабочей камеры реактора таким образом, что преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры, всегда остаются подключенными противофазно, можно управлять формированием вдоль оси рабочей камеры зон повышенного и пониженного звукового давления.Moreover, since adjacent in-phase transducers are formed in each four transducers of the total sound pressure zone, the spatial arrangement of these zones in the working volume along the axis of the working chamber is directly dependent on what walls of the chamber the transducers with the same connection phase are attached to. In the claimed reactor, the transducers are connected in the predetermined order along the middle lines of the chamber walls with respect to each other. As a result, by setting the phases of connecting the transducers on the middle lines of the walls of the working chamber of the reactor in such a way that the transducers mounted on opposite walls of the chamber always remain out of phase, it is possible to control the formation of zones of high and low sound pressure along the axis of the working chamber.

В результате, возможность задания порядка чередования фазы подключения преобразователей на серединных линиях стенок камеры позволяет внутри рабочего объема камеры вдоль ее оси формировать и управлять формированием пространственно перемежающихся локальных областей максимального, минимального и нулевого звукового давления.As a result, the ability to specify the alternation of the phase of connecting the transducers on the middle lines of the chamber walls allows forming and controlling the formation of spatially alternating local regions of maximum, minimum and zero sound pressure inside the chamber’s working volume along its axis.

Из вышеизложенного следует, что заявленный ультразвуковой проточный реактор можно отнести к системам, концентрирующим (фокусирующим) звуковую энергию в определенной области рабочего пространства камеры. Известно, что в таких системах в обрабатываемой жидкой среде кавитация возникает, прежде всего, в фокальном пятне, где уровень звукового давления наибольший (там же, с. 186). Кроме того, известно, что области кавитации в жидкой среде совпадают с максимумом звукового давления, создаваемого преобразователем стоячей звуковой волной (там же, с. 199). Предлагаемое выполнение заявленного реактора позволяет внутри рабочего объема камеры вдоль ее осевой формировать и управлять формированием пространственно перемежающихся областей максимального, минимального и нулевого звукового давления, что обеспечивает не только выполнение выше изложенных условий возникновения кавитации, но и обуславливает возникновение области кавитации в конкретной зоне рабочей камеры. Кроме того, из вышеизложенного следует, что в заявленном реакторе звуковое давление в формируемых локальных областях повышенного звукового давления практически в четыре раза выше исходного, формируемого одним ультразвуковым преобразователем, что соответственно позволяет увеличить кавитационную активность в формируемых зонах кавитации при тех же энергетических параметрах преобразователей.From the above it follows that the claimed ultrasonic flow reactor can be attributed to systems concentrating (focusing) sound energy in a certain area of the working space of the chamber. It is known that in such systems in the processed liquid medium, cavitation occurs primarily in the focal spot, where the sound pressure level is the highest (ibid., P. 186). In addition, it is known that the cavitation regions in a liquid medium coincide with the maximum sound pressure created by the transducer with a standing sound wave (ibid., P. 199). The proposed implementation of the claimed reactor allows inside the working volume of the chamber along its axial to form and control the formation of spatially alternating areas of maximum, minimum and zero sound pressure, which ensures not only the fulfillment of the above conditions for the occurrence of cavitation, but also determines the occurrence of the cavitation area in a specific area of the working chamber. In addition, from the foregoing, it follows that in the claimed reactor the sound pressure in the formed local regions of increased sound pressure is almost four times higher than the initial one formed by one ultrasonic transducer, which accordingly allows to increase the cavitation activity in the formed cavitation zones at the same energy parameters of the transducers.

Таким образом, заявленный ультразвуковой проточный реактор путем возможности управляемого формирования упорядоченных зон повышенного и пониженного акустического давления позволяет внутри рабочего объема камеры реактора формировать пространственно перемежающиеся локальные области кавитации. При этом наличие в заявленном реакторе четко выделенных зон звукового давления обуславливает четкое пространственное расположение областей кавитации. Кроме того, подключение противофазно преобразователей, закрепленных на противоположных стенках камеры, обеспечивает возможность задания в требуемом порядке фаз подключения ультразвуковых преобразователей на серединных линиях стенок камеры, что позволяет управлять картиной расположения зон звукового давления в пространстве рабочего объема камеры реактора, а, следовательно, управлять расположением зон кавитации. Это позволяет задавать режим обработки жидкой среды при ее прохождении через камеру реактора, а именно: обрабатываемая жидкая среда проходит через область кавитации с повышенным звуковым давлением, через область разряжения, через области отсутствия внешних воздействий.Thus, the claimed ultrasonic flow reactor through the possibility of controlled formation of ordered zones of high and low acoustic pressure allows you to form spatially intermittent local cavitation areas inside the working volume of the reactor chamber. In this case, the presence in the claimed reactor of clearly defined zones of sound pressure determines a clear spatial arrangement of cavitation areas. In addition, the connection of out-of-phase transducers mounted on opposite walls of the chamber makes it possible to set the phases of connecting ultrasonic transducers in the required order on the middle lines of the chamber walls, which allows you to control the location of sound pressure zones in the space of the working volume of the reactor chamber, and, therefore, control the location cavitation zones. This allows you to set the processing mode of the liquid medium when it passes through the reactor chamber, namely: the processed liquid medium passes through the cavitation region with increased sound pressure, through the vacuum region, through the region of absence of external influences.

Из вышеизложенного следует, что заявленный ультразвуковой проточный реактор позволяет формировать области кавитации с регулируемой кавитационной активностью в любой части рабочего объема рабочей камеры, а также задавать расположение кавитационных областей в пространстве вдоль оси рабочей камеры, что обеспечивает равномерную и активную кавитационную обработку всего объема жидкости с повышенным звуковым давлением по всей площади поперечного сечения рабочей камеры и позволяет увеличить производительность обработки и степень воздействия на текучие технологические среды в режиме непрерывного потока без увеличения размеров участка ультразвукового воздействия.It follows from the foregoing that the claimed ultrasonic flow reactor allows the formation of cavitation areas with controlled cavitation activity in any part of the working volume of the working chamber, as well as setting the location of cavitation areas in space along the axis of the working chamber, which ensures uniform and active cavitation processing of the entire volume of liquid with increased sound pressure over the entire cross-sectional area of the working chamber and allows you to increase processing productivity and the degree of impact effects on process fluids in a continuous flow mode without increasing the size of the ultrasonic exposure section.

Таким образом, предлагаемый ультразвуковой реактор при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, при обработке текучих сред в режиме непрерывного потока, заключающегося в возможности формирования областей кавитации с регулируемой кавитационной активностью в любой части рабочего объема камеры реактора и в возможности изменения их расположения в пространстве рабочего объема камеры реактора, в повышении эффективности использования энергии ультразвуковых колебаний, в повышении интенсивности ультразвукового воздействия в рабочем объеме камеры реактора и в увеличении производительности обработки и степени воздействия на текучие технологические среды в режиме непрерывного потока без увеличения размеров участка ультразвукового воздействия.Thus, the proposed ultrasonic reactor during implementation provides a technical result when processing fluids in a continuous flow mode, which consists in the possibility of forming cavitation areas with controlled cavitation activity in any part of the working volume of the reactor chamber and in the possibility of changing their location in the space of the working volume of the chamber reactor, in increasing the energy efficiency of ultrasonic vibrations, in increasing the intensity of ultrasonic actions in the working volume of the reactor chamber and in increasing processing productivity and the degree of impact on fluid process media in a continuous flow mode without increasing the size of the ultrasonic exposure section.

На фиг. 1 изображен заявленный ультразвуковой проточный реактор (утрированно); на фиг. 2 приведена развертка рабочей камеры реактора со схемой произвольного подключения преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры; фиг. 3 схематично изображено распределение амплитуд звукового давления, формируемого каждой парой противофазно подключенных ультразвуковых преобразователей в сечениях по линиям периметров с первого фиг. 3а по четвертый фиг. 3г при произвольном подключении преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры; на фиг. 4 приведена развертка рабочей камеры реактора со схемой противофазного подключения преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры; на фиг. 5 схематично изображено распределение амплитуд звукового давления, формируемого каждой парой противофазно подключенных ультразвуковых преобразователей в сечениях по линиям периметров с первого фиг. 5а по четвертый фиг. 5г при противофазном подключении преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры; на фиг. 6 приведена развертка рабочей камеры реактора со схемой подключения преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры, при которой пространственное положение зон максимальных положительного и отрицательного звукового давления последовательно, по часовой стрелке перемещается внутри рабочего объема камеры реактора на 90°; на фиг. 7 схематично изображено распределение амплитуд звукового давления формируемого каждой парой противофазно подключенных ультразвуковых преобразователей в сечениях по линиям периметров с первого фиг. 7а по четвертый фиг. 7г при последовательном изменении в рабочем объеме камеры реактора пространственного положения зон звукового давления на 90°.In FIG. 1 shows the claimed ultrasonic flow reactor (exaggerated); in FIG. 2 shows a scan of the working chamber of the reactor with a scheme for arbitrary connection of converters on the median lines of the walls of the working chamber; FIG. 3 schematically shows the distribution of the amplitudes of sound pressure generated by each pair of out-of-phase connected ultrasonic transducers in sections along the perimeter lines from the first FIG. 3a to the fourth in FIG. 3G with arbitrary connection of converters on the median lines of the walls of the working chamber; in FIG. 4 shows a scan of the working chamber of the reactor with a diagram of the out-of-phase connection of the converters on the median lines of the walls of the working chamber; in FIG. 5 schematically shows the distribution of the amplitudes of sound pressure generated by each pair of out-of-phase connected ultrasonic transducers in sections along the perimeter lines of the first FIG. 5a to the fourth of FIG. 5 g with an in-phase connection of the transducers on the median lines of the walls of the working chamber; in FIG. Figure 6 shows a scan of the working chamber of the reactor with the connection diagram of the transducers on the median lines of the walls of the working chamber, in which the spatial position of the zones of maximum positive and negative sound pressure is sequentially clockwise moved inside the working volume of the reactor chamber by 90 °; in FIG. 7 schematically shows the distribution of the amplitudes of sound pressure generated by each pair of out-of-phase connected ultrasonic transducers in sections along the perimeter lines of the first FIG. 7a to the fourth of FIG. 7g with a sequential change in the working volume of the reactor chamber of the spatial position of the sound pressure zones by 90 °.

Устройство содержит рабочую камеру 1 в виде трубы (на фиг. 1 изображен фрагмент рабочей камеры). Труба имеет в сечении квадрат, длина стороны которого равна λ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в обрабатываемой жидкой среде. На наружной поверхности рабочей камеры 1 по периметру и вдоль продольной оси закреплены и акустически связаны с ней ультразвуковые преобразователи 2_mk, где m - позиционный номер линии периметра рабочей камеры, k - позиционный номер серединной линии стенки рабочей камеры. В примере выполнения показаны четыре линии периметра.The device comprises a working chamber 1 in the form of a pipe (Fig. 1 shows a fragment of the working chamber). The pipe has a square cross-section, the side length of which is equal to λ, where λ is the wavelength of ultrasonic vibrations in the processed liquid medium. On the outer surface of the working chamber 1, ultrasonic transducers 2 _mk are fixed and acoustically connected with it along the perimeter and along the longitudinal axis, where m is the position number of the line of the perimeter of the working chamber, k is the position number of the middle line of the wall of the working chamber. In the exemplary embodiment, four perimeter lines are shown.

Ультразвуковые преобразователи 2_mk идентичны, сгруппированы по четыре и закреплены на пересечениях линий периметра 3, 4, 5, 6 рабочей камеры с параллельными ее продольной оси серединными линиями 7, 8, 9, 10 стенок. Преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры 1, имеют общую осевую и всегда подключены противофазно, а на серединных линиях 7, 8, 9, 10 стенок камеры 1 по отношению друг к другу преобразователи 2_mk подключены в заданном порядке.The 2 _mk ultrasonic transducers are identical, grouped in four and fixed at the intersections of the lines of the perimeter 3, 4, 5, 6 of the working chamber with the center lines 7, 8, 9, 10 of the walls parallel to its longitudinal axis. The transducers mounted on the opposite walls of the chamber 1 have a common axial and are always connected out of phase, and on the middle lines 7, 8, 9, 10 of the walls of the chamber 1 with respect to each other, the transducers 2 _{mk are} connected in the specified order.

На фиг. 1, фиг. 3, фиг. 5 в кружках указана полярность фазы подключения преобразователей. Серединные линии 7, 9 и 8, 10 относятся к противоположным стенкам рабочей камеры.In FIG. 1, FIG. 3, FIG. 5 in circles the polarity of the phase of connecting the converters is indicated. The middle lines 7, 9 and 8, 10 relate to the opposite walls of the working chamber.

Устройство работает следующим образом. Заранее задают порядок подключения фаз питания ультразвуковых преобразователей на серединных линиях стенок камеры по отношению друг к другу, учитывая, что преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры, всегда должны быть подключены противофазно.The device operates as follows. In advance, they specify the order of connecting the power phases of ultrasonic transducers on the middle lines of the chamber walls with respect to each other, given that the transducers mounted on opposite walls of the chamber should always be connected out of phase.

В рабочую камеру 1 под давлением подают обрабатываемую текучую технологическую среду (на фиг. 1 не показано).The working fluid 1 is pressurized into the working chamber 1 under pressure (not shown in FIG. 1).

После подключения питания, ультразвуковые преобразователи 2_mkизлучают в обрабатываемую среду звуковые волны. В каждой группе из четырех преобразователей 2_mk расположенных в плоскости n-го периметра рабочей камеры, пара противофазно подключенных преобразователей формирует звуковые волны, которые распространяются навстречу друг другу по общей осевой. Это приводит к образованию стоячих звуковых волн внутри обрабатываемой жидкой среды. Поскольку преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры подключены противофазно (например, фиг. 2, преобразователи 2₃₇ и 2₃₉; 2₃₈ и 2₃₁₀), то формируемые ими звуковые волны складываются с отраженной волной от противоположной стенки, на которой закреплен противофазно подключенный преобразователь, что, благодаря идентичному выполнению преобразователей, фактически удваивает амплитуду результирующей стоячей волны.After connecting the power, 2 _mk ultrasonic transducers emit sound waves into the processed medium. In each group of four 2 _mk transducers located in the plane of the n-th perimeter of the working chamber, a pair of out-of-phase transducers generates sound waves that propagate towards each other along the common axial axis. This leads to the formation of standing sound waves inside the processed liquid medium. Since the transducers mounted on opposite walls of the chamber are connected in antiphase (for example, Fig. 2, transducers 2 ₃₇ and 2 ₃₉ ; 2 ₃₈ and 2 ₃₁₀ ), the sound waves they form are added to the reflected wave from the opposite wall on which the antiphase connected transducer is mounted , which, thanks to the identical design of the transducers, actually doubles the amplitude of the resulting standing wave.

Кроме того, максимальная амплитуда стоячей волны обеспечивается конструктивно, так как рабочая камера 1 имеет в сечении квадрат, длина стороны которого равна λ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в обрабатываемой жидкой среде («Ультразвуковая технология» под ред. докт. техн. наук проф. В.А. Аграната, М.: «Металлургия», 1974, с. 37).In addition, the maximum amplitude of the standing wave is ensured constructively, since the working chamber 1 has a square cross-section, the side length of which is λ, where λ is the wavelength of ultrasonic vibrations in the processed liquid medium (Ultrasonic Technology, edited by Doctor of Technical Sciences Prof. V.A. Agranat, Moscow: Metallurgy, 1974, p. 37).

В заявленном реакторе звуковое давление создаваемой стоячими волнами от каждой пары преобразователей, соответственно имеет нулевые значения вблизи стенок камеры и на расстоянии λ2 от стенок камеры; максимальное положительное и минимальное отрицательное значения - на расстоянии λ/4 от соответствующих стенок камеры, т.е. в первом и втором узлах стоячей волны.In the claimed reactor, the sound pressure generated by standing waves from each pair of transducers, respectively, has zero values near the walls of the chamber and at a distance of λ2 from the walls of the chamber; the maximum positive and minimum negative values are at a distance of λ / 4 from the corresponding walls of the chamber, i.e. in the first and second nodes of a standing wave.

В каждой группе из четырех преобразователей, расположенных в плоскости n-го периметра рабочей камеры, преобразователи, закрепленные на противоположных стенках камеры, подключены противофазно (например, фиг. 2, преобразователи 2₃₇ и 2₃₉; 2₃₈ и 2₃₁₀; 2₅₇ и 2₅₉; 2₅₈ и 2₅₁₀). В результате преобразователи с одинаковой фазой подключения оказываются закрепленными на соседних стенках камеры. Это приводит к тому, что каждая пара противофазно подключенных преобразователей формирует значения максимального положительного и максимального отрицательного звукового давления в общей для них зоне рабочего объема камеры. В результате в плоскости n-го периметра рабочей камеры формируется четыре зоны суммарного звукового давления: зона максимального звукового давления и зона разряжения, как результаты интерференции соответственно положительных и отрицательных значений звукового давления двух пар преобразователей, и, образованные между ними, две зоны нулевого звукового давления (фиг. 2, фиг. 4, фиг. 6 - показано условно). Поскольку звуковое давление суммируется, то в результате в рабочем объеме камеры формируются локальные зоны повышенного звукового давления, которое превышает примерно в четыре раза звуковое давление, создаваемое одним преобразователем. Причем локальные зоны звукового давления формируются вдоль оси рабочей камеры, так как ультразвуковые преобразователи закреплены на пересечениях n линий периметра рабочей камеры с параллельными ее продольной оси серединными линиями стенок камеры.In each group of four transducers located in the plane of the n-th perimeter of the working chamber, the transducers mounted on opposite walls of the chamber are connected out of phase (for example, Fig. 2, transducers 2 ₃₇ and 2 ₃₉ ; 2 ₃₈ and 2 ₃₁₀ ; 2 ₅₇ and 2 ₅₉ ; 2 ₅₈ and _2,510 ). As a result, transducers with the same connection phase are fixed on adjacent walls of the chamber. This leads to the fact that each pair of out-of-phase transducers generates the values of the maximum positive and maximum negative sound pressure in the common zone of the working volume of the chamber. As a result, four zones of total sound pressure are formed in the plane of the nth perimeter of the working chamber: the zone of maximum sound pressure and the rarefaction zone, as the results of interference of the positive and negative sound pressure values of two pairs of transducers, and two zones of zero sound pressure formed between them (Fig. 2, Fig. 4, Fig. 6 - shown conditionally). Since the sound pressure is summed, as a result, local zones of increased sound pressure are formed in the working volume of the chamber, which exceeds approximately four times the sound pressure created by one transducer. Moreover, the local zones of sound pressure are formed along the axis of the working chamber, since the ultrasonic transducers are fixed at the intersections of n lines of the perimeter of the working chamber with the center lines of the chamber walls parallel to its longitudinal axis.

Задавая заранее порядок чередования фазы подключения преобразователей на серединных линиях, формируют внутри рабочего объема камеры вдоль ее оси пространственно перемежающиеся области максимального, минимального и нулевого звукового давления и таким образом управляют их формированием.By setting in advance the alternating order of the phase of connecting the transducers on the midlines, spatially alternating regions of maximum, minimum and zero sound pressure are formed inside the chamber’s working volume along its axis and thus control their formation.

Для пояснения работы устройства рассмотрим три варианта подключения питания ультразвуковых преобразователей на серединных линиях стенок рабочей камеры: произвольное подключение (фиг. 2); противофазное подключение (фиг. 4); подключение, при котором пространственное положение зон максимальных положительного и отрицательного звукового давления последовательно, по часовой стрелке перемещается внутри рабочего объема камеры реактора на 90° (фиг. 6).To explain the operation of the device, we consider three options for connecting the power of ultrasonic transducers on the middle lines of the walls of the working chamber: arbitrary connection (Fig. 2); out-of-phase connection (Fig. 4); connection, in which the spatial position of the zones of maximum positive and negative sound pressure in series, clockwise moves inside the working volume of the reactor chamber by 90 ° (Fig. 6).

Работу устройства при произвольном подключении преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры, поясняют фиг. 2 и фиг. 4 (фиг. 3а, фиг. 3б, фиг. 3в, фиг. 3г). Процесс образования локальных зон звукового давления показан условно. Из фигур 3а-3г видно, что при заданном порядке подключения фаз преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры локальные области максимального, минимального и нулевого звукового давления формируются в плоскости n-го сечения по периметру камеры в следующей последовательности:The operation of the device with arbitrary connection of the transducers on the median lines of the walls of the working chamber is explained in FIG. 2 and FIG. 4 (Fig. 3a, Fig. 3b, Fig. 3c, Fig. 3d). The process of formation of local zones of sound pressure is shown conditionally. Figures 3a-3d show that for a given order of connecting the phases of the transducers on the median lines of the walls of the working chamber, local areas of maximum, minimum, and zero sound pressure are formed in the plane of the nth section around the perimeter of the chamber in the following sequence:

по периметру 3 - максимальное звуковое давление в правом верхнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в нижнем левом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в верхнем левом и нижнем правом квадрантах рабочего объема камеры;along the perimeter 3 - the maximum sound pressure in the upper right quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the lower left quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the upper left and lower right quadrants of the working volume of the chamber;

по периметру 4 - максимальное звуковое давление в левом верхнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в нижнем правом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в верхнем правом и нижнем левом квадрантах рабочего объема камеры;along the perimeter 4 - the maximum sound pressure in the upper left quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the lower right quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the upper right and lower left quadrants of the working volume of the chamber;

по периметру 5 - максимальное звуковое давление в правом верхнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в нижнем левом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в верхнем левом и нижнем правом квадрантах рабочего объема камерыalong the perimeter 5 - the maximum sound pressure in the upper right quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the lower left quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the upper left and lower right quadrants of the working volume of the chamber

по периметру 6 - максимальное звуковое давление в правом нижнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в верхнем правом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в верхнем правом и нижнем левом квадрантах рабочего объема камеры.along the perimeter 6 - the maximum sound pressure in the lower right quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the upper right quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the upper right and lower left quadrants of the working volume of the chamber.

Работу устройства при противофазном подключении преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры, поясняют фиг. 4 и фиг. 5 (фиг. 5а, фиг. 5б, фиг. 5в, фиг. 5г).The operation of the device with the antiphase connection of the transducers on the median lines of the walls of the working chamber is explained in FIG. 4 and FIG. 5 (Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d).

Из фигур 5а-5г видно, что при заданном порядке подключения фаз преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры локальные области максимального, минимального и нулевого звукового давления формируются в плоскости n-го сечения по периметру камеры в следующей последовательности:From figures 5a-5d it is seen that for a given order of connecting the phases of the transducers on the median lines of the walls of the working chamber, local areas of maximum, minimum, and zero sound pressure are formed in the plane of the nth section along the perimeter of the chamber in the following sequence:

по периметру 4 - максимальное звуковое давление в левом нижнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в верхнем правом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в верхнем левом и нижнем правом квадрантах рабочего объема камеры;along the perimeter 4 - the maximum sound pressure in the lower left quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the upper right quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the upper left and lower right quadrants of the working volume of the chamber;

по периметру 5 - максимальное звуковое давление в правом верхнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в нижнем левом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в верхнем левом и нижнем правом квадрантах рабочего объема камеры;along the perimeter 5 - the maximum sound pressure in the upper right quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the lower left quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the upper left and lower right quadrants of the working volume of the chamber;

по периметру 6 - максимальное звуковое давление в левом нижнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в верхнем правом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в верхнем левом и нижнем правом квадрантах рабочего объема камеры.along the perimeter 6 - the maximum sound pressure in the lower left quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the upper right quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the upper left and lower right quadrants of the working volume of the chamber.

Таким образом, при заданном порядке подключения преобразователей на серединных линиях формируемые внутри рабочего объема камеры вдоль ее оси локальные зоны звукового давления изменяют свое пространственное положение на 180°. При этом зоны нулевого давления сохраняют свое пространственное положение.Thus, with the given order of connecting the transducers on the midlines, the local sound pressure zones formed inside the chamber’s working volume along its axis change their spatial position by 180 °. At the same time, zones of zero pressure retain their spatial position.

Работу устройства при подключении преобразователей на серединных линиях, при котором пространственное положение зон максимальных положительного и отрицательного звукового давления последовательно, по часовой стрелке перемещается внутри рабочего объема камеры реактора на 90°, поясняют фиг. 6 и фиг. 7 (фиг. 7а, фиг. 7б, фиг. 7в, фиг. 7г).The operation of the device when connecting the transducers in the middle lines, in which the spatial position of the zones of maximum positive and negative sound pressure is sequentially clockwise moves inside the working volume of the reactor chamber by 90 °, is explained in FIG. 6 and FIG. 7 (Fig. 7a, Fig. 7b, Fig. 7c, Fig. 7d).

Из фигур 7а-7г видно, при заданном порядке подключения фаз преобразователей на срединных линиях стенок рабочей камеры локальные области максимального, минимального и нулевого звукового давления формируются в плоскости n-го сечения по периметру камеры в следующей последовательности:It can be seen from figures 7a-7d that, for a given order of connecting the phases of the transducers on the median lines of the walls of the working chamber, local areas of maximum, minimum, and zero sound pressure are formed in the plane of the nth section around the perimeter of the chamber in the following sequence:

по периметру 4 - максимальное звуковое давление в правом нижнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в верхнем левом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в нижнем левом и верхнем правом квадрантах рабочего объема камеры;along the perimeter 4 - the maximum sound pressure in the lower right quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the upper left quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the lower left and upper right quadrants of the working volume of the chamber;

по периметру 5 - максимальное звуковое давление в левом нижнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в верхнем правом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в верхнем левом и нижнем правом квадрантах рабочего объема камеры;along the perimeter 5 - the maximum sound pressure in the lower left quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the upper right quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the upper left and lower right quadrants of the working volume of the chamber;

по периметру 6 - максимальное звуковое давление в левом верхнем квадранте рабочего объема камеры; область разряжения в нижнем правом квадранте рабочего объема камеры; области нулевого звукового давления в верхнем правом и нижнем левым квадрантах рабочего объема камеры.along the perimeter 6 - the maximum sound pressure in the upper left quadrant of the working volume of the chamber; the vacuum region in the lower right quadrant of the working volume of the chamber; areas of zero sound pressure in the upper right and lower left quadrants of the working volume of the chamber.

Таким образом, при заданном порядке подключения преобразователей на серединных линиях формируемые внутри рабочего объема камеры вдоль ее оси локальные зоны звукового давления последовательно по часовой стрелке изменяют свое пространственное положение на 90°.Thus, for a given order of connecting the transducers on the midlines, the local sound pressure zones formed inside the chamber’s working volume along its axis successively clockwise change their spatial position by 90 °.

Выше приведенные примеры выполнения заявленного ультразвукового проточного реактора показывают, что предлагаемое выполнение заявленного реактора позволяет внутри рабочего объема камеры вдоль ее осевой формировать и управлять формированием пространственно перемежающихся областей максимального, минимального и нулевого звукового давления, что обеспечивает не только выполнение условий возникновения кавитации, но и обуславливает возникновение области кавитации в конкретной зоне рабочей камеры. При этом, поскольку камера имеет в сечении квадрат, длина стороны которого равна λ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в обрабатываемой жидкой среде, кавитационный процесс формируется с учетом свойств конкретной обрабатываемой жидкой среды, что повышает эффективность использования энергии ультразвуковых колебаний.The above examples of the implementation of the claimed ultrasonic flow reactor show that the proposed implementation of the claimed reactor allows inside the working volume of the chamber along its axial to form and control the formation of spatially alternating areas of maximum, minimum and zero sound pressure, which ensures not only the fulfillment of the conditions for the occurrence of cavitation, but also determines the occurrence of the cavitation area in a specific area of the working chamber. Moreover, since the camera has a square cross section, the side length of which is λ, where λ is the wavelength of ultrasonic vibrations in the processed liquid medium, the cavitation process is formed taking into account the properties of the particular processed liquid medium, which increases the efficiency of energy use of ultrasonic vibrations.

Кроме того, из вышеизложенного следует, что в заявленном реакторе звуковое давление в формируемых локальных областях повышенного звукового давления практически в четыре раза выше исходного, формируемого одним ультразвуковым преобразователем. Известно, что при увеличении звукового давления в 2 раза увеличивается интенсивность звуковых колебаний в 4 раза: , где - амплитуда акустического давления («Ультразвуковая технология» под ред. докт. техн. наук проф. В.А. Аграната, М.: «Металлургия», 1974, с. 23), что соответственно позволяет увеличить кавитационную активность в формируемых зонах кавитации при тех же энергетических параметрах преобразователей.In addition, from the foregoing, it follows that in the claimed reactor, the sound pressure in the formed local regions of increased sound pressure is almost four times higher than the initial one formed by one ultrasonic transducer. It is known that with an increase in sound pressure by a factor of 2, the intensity of sound vibrations increases by a factor of 4: where - the amplitude of the acoustic pressure ("Ultrasonic technology" under the editorship of Doctor of Engineering Sciences prof. VA Agranat, M .: Metallurgy, 1974, p. 23), which accordingly allows to increase cavitation activity in the formed cavitation zones at the same energy parameters of the converters.

При этом наличие в заявленном реакторе четко выделенных зон повышенного и пониженного звукового давления обуславливает четкое пространственное расположение областей кавитации. Кроме того, возможность задания фаз подключения ультразвуковых преобразователей, закрепленных по серединным линиям стенок камеры, позволяет управлять картиной расположения зон звукового давления в пространстве рабочего объема камеры реактора, а, следовательно, управлять расположением зон кавитации. Это позволяет задавать режим обработки жидкой среды при ее прохождении через камеру реактора, в частности, задавать продолжительность нахождения в зонах кавитации, в зонах разряжения и в зонах нулевого давления.At the same time, the presence in the declared reactor of clearly distinguished zones of increased and decreased sound pressure determines a clear spatial arrangement of cavitation areas. In addition, the ability to specify the phases for connecting ultrasonic transducers, fixed along the midlines of the chamber walls, allows you to control the location of the sound pressure zones in the space of the working volume of the reactor chamber, and, therefore, control the location of cavitation zones. This allows you to set the processing mode of the liquid medium as it passes through the reactor chamber, in particular, to set the duration of stay in the cavitation zones, in the vacuum zones and in the zones of zero pressure.

Жидкая среда, проходя через рабочий объем камеры реактора, последовательно подвергается воздействию резко отличающихся друг от друга режимов механического воздействия. В зоне максимального акустического давления, где кавитация наиболее активна, происходит интенсивное разбивание обрабатываемой жидкости на микрочастицы. В зоне разряжения механические связи между частицами жидкой среды ослабевают и происходит их перераспределение. Поскольку обрабатываемая жидкость подается в камеру реактора под давлением, то попадая в зону нулевого давления ее частицы совершают хаотические движения, что способствует активному перемешиванию обрабатываемой жидкой среды. Так как локальные зоны акустического давления в рабочей камере вдоль ее оси заранее сформированы в заданном порядке, то выше изложенный режим обработки жидкой среды повторяется до получения требуемого результата.The liquid medium, passing through the working volume of the reactor chamber, is sequentially exposed to sharply differing modes of mechanical action. In the zone of maximum acoustic pressure, where cavitation is most active, there is an intensive breakdown of the processed fluid into microparticles. In the discharge zone, the mechanical bonds between the particles of the liquid medium weaken and their redistribution occurs. Since the liquid to be treated is supplied to the reactor chamber under pressure, when particles get into the zero pressure zone, their particles make random movements, which contributes to the active mixing of the liquid being processed. Since the local zones of acoustic pressure in the working chamber along its axis are pre-formed in a predetermined order, the above-described regime of processing a liquid medium is repeated until the desired result is obtained.

В результате обеспечивается равномерная и активная кавитационная обработка всего объема жидкости по всей площади поперечного сечения рабочей камеры, что увеличивает производительность обработки и степень воздействия на текучие технологические среды в режиме непрерывного потока без увеличения размеров участка ультразвукового воздействия. При этом не требуется повторного возврата в камеру обрабатываемой текучей среды.As a result, uniform and active cavitation treatment of the entire liquid volume over the entire cross-sectional area of the working chamber is ensured, which increases the processing productivity and the degree of impact on fluid process media in a continuous flow mode without increasing the size of the ultrasonic exposure section. This does not require a repeated return to the chamber of the processed fluid.

Claims

An ultrasonic flow reactor containing a working chamber in the form of a pipe, on the outer surface of which along the perimeter and along the longitudinal axis of the pipe ultrasonic transducers are fixed and acoustically connected with it, characterized in that the pipe has a square cross-section, the side length of which is λ, where λ - the wavelength of ultrasonic vibrations in the processed liquid medium, in addition, the ultrasonic transducers are identical, grouped in four and fixed at the intersections of n lines of the perimeter of the working chamber with its parallel of the longitudinal axis by the middle lines of the walls, where n is 1, 2, 3, ..., while the transducers mounted on opposite walls of the chamber are connected out of phase, and on the middle lines of the chamber walls with respect to each other, the transducers are connected so that the transducers are fixed on opposite walls of the chamber, remain connected out of phase.