SU1022749A1

SU1022749A1 - Device for ultrasonic treatment of liquid media

Info

Publication number: SU1022749A1
Application number: SU813235931A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Колешко; Юрий Васильевич Мешков
Original assignee: Институт электроники АН БССР
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1983-06-15

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД, содержащее рабочую камеру, к внешней поверхности которой жестко прикреплены электроакустические преобразователи , подключенные к генератору электрических колебаний, отличающеес тем, что, с целью повышени качества обработки, камера выполнена пр моугольной, причем преобразователи установлены на ее противоположных сторонах, на внутренних же поверхност х тех же сторон под одинаковыми углами к ним жестко закреплены случайным образом распределенные стержни с различными площад ми поперечного сечени и различными длинами. 2.Устройство по п. 1, отличающеес тем, что отношение величин максимальной резонансной частоты изгибных колебаний стержней мокс Минимальной резонансной частоте и утол наклона об стержней к поверхност м граней выбраны в пре- § делах (О мокс } 30&deg;5-cd« 90 7 « Е ммн ю ю 4 СО1. DEVICE FOR ULTRASOUND TREATMENT OF LIQUID MEDIA, containing a working chamber, to the outer surface of which electroacoustic transducers connected to an oscillator are rigidly attached, characterized in that, in order to improve the quality of processing, the chamber is rectangular, and the converters are installed on its opposite sides, on the inner surfaces of the same sides at random angles to them are rigidly fixed to randomly distributed rods with different areas hell cross section and various lengths. 2. A device according to claim 1, characterized in that the ratio of the maximum resonant frequency values of the flexural vibrations of the rods of rods. The minimum resonant frequency and the slope of the rods to the surfaces of the faces are chosen in limits (O mox) 30 ° 5-cd "90 7" E mmn yu 4 CO

Description

Изобретение относитс к устройствам дл передачи ультразвуковой энергии в жидкие среды и может быть использовано дл эмульгировани , диспвргирова:ни и проведени других . процессов в электронной, химической и других отрасл х промышленности.The invention relates to devices for transmitting ultrasonic energy to liquid media and can be used for emulsification, dispersing and conducting others. processes in the electronic, chemical and other industries.

Дл повышени качества ультра звуковой обработки жидких сред, например получени высокодисперсных и однородных по составу суспензий Ю и эмульсий, необходимо создавать интенсивноекавитационное поле, равномерно распределенное в рабочем объеме жидкости, при этом важен размер излучающей поверхности, вбли 15 зи которой локализуетс зона интенсивной кавитации и отсутствие застойных зон в объеме жидкости.To improve the quality of ultra sound processing of liquid media, for example, to obtain highly dispersed and homogeneous in composition suspensions and emulsions, it is necessary to create an intensive cavitation field evenly distributed in the working fluid volume, while the size of the radiating surface, near which the local area of cavitation and the absence of stagnant zones in the fluid volume.

Известен ультразвуковой стержневой волновод-излучатель, содержа- .« щий электроакустический преобразователь , согласующий элемент и стержневой волновод, снабженный тонкой пластиной, укрепленной на его. боковой поверхности по винтовой линии, „ а излучающа поверхность пластины . расположена под острым углом к оси волновода tnKnown ultrasonic rod waveguide-emitter, containing the electroacoustic transducer, a matching element and a rod waveguide, equipped with a thin plate, mounted on it. helix side surface radiating plate surface. located at an acute angle to the axis of the waveguide tn

В этом излучателе величина излучающей поверхности и однородность создаваемого ультразвукового пол до- вольно высока за счёт более равномерного распределени передаваемой ультразвуковой энергии по длине волновода , . однако они недостаточно высоки , особенно в направлении перпен- 35 икул рном к оси волновода.In this radiator, the size of the radiating surface and the uniformity of the ultrasonic field being created is quite high due to a more uniform distribution of the transmitted ultrasonic energy along the waveguide length,. However, they are not high enough, especially in the direction perpendicular to the waveguide axis.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство, содержащее рабочую камеру, к внешней поверхности которой жестко прикреплены электроакус-40 тические преобразователи ,подключенные к генератору электрических колебаний{2.Closest to the present invention, there is a device comprising a working chamber, to the outer surface of which electroacoustic transducers, which are connected to an oscillator {2, are rigidly attached.

Недостаток данного устройства состоит в низком качестве обработки.The disadvantage of this device is the low quality processing.

Целью изобретени вл етс повы- дг ение качества обработки.The aim of the invention is to improve the quality of processing.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве дл ультразвуковой обработки жидких сред камера выполнена пр моугольной, причем преобразователи установлены на ее противоположных сто- ронах, на внутренних же поверхност х тех же сторон под одинаковыми углами к ним жестко закреплены случайным образом распределенные стержни с различными площад ми поперечного сече- 55 ни и различными длинами.This goal is achieved by the fact that in a device for ultrasonic treatment of liquid media the chamber is rectangular, with the transducers installed on its opposite sides, and on the inner surfaces of the same sides at random angles to them rigidly fixed rods with different areas are fixed. 55 cross sections and various lengths.

Отношение величин максимальной резонансной частоты изгибных колебаний стержней минимальной резонансной частоте. „„ и угол 60 наклона Д /стержней к поверхност м сторон выбраны в пределахThe ratio of the maximum resonant frequency of the bending oscillations of the rods to the minimum resonant frequency. „„ And an angle of 60 tilt D / rods to the surfaces of the sides selected within

т -. «ок.с t -. "Ok.s

90.90.

d. / S; f d. / S; f

iMWH65iMWH65

На чертеже схематически представлено устройство.The drawing shows a schematic of the device.

Устройство содержит рабочую камеру 1, электроакустические преобразователи 2 и 3, установленные на внешних поверхност х противоположных сторон 4 и 5 соответственно рабочей камере 1 и соединенные с широкополосным генератором б. На внутренних поверхност х тех же сторон 4 и 5 под углом,к ним жестко закреплены стержни 7, отличающиес друг от друга площадью поперечного сечени , длиной и случайным образом распределенные по поверхност м этих сторон. Кроме этого, рабоча камера 1 содержит патрубки ввода 8 и вы- . вода 9 материалов.The device contains a working chamber 1, electroacoustic transducers 2 and 3 mounted on the external surfaces of opposite sides 4 and 5, respectively, of the working chamber 1 and connected to a broadband generator b. On the inner surfaces of the same sides 4 and 5 at an angle, rods 7 are rigidly fixed to them, differing from each other in cross-sectional area, and randomly distributed over the surfaces of these sides. In addition, the working chamber 1 contains the input nozzles 8 and you-. water 9 materials.

Работает устройство следующим образом .The device works as follows.

Подлежаща обработке жидкость через патрубок ввода 8 подаетс в рабочую камеру 1. Напр жением электрических колебаний широкополосного генератора 6 в электроакустических преобразовател х 2 и 3 возбуждаютс механические колебани широкого, например, шумового спектра частот, которые соответственно через верхнюю 4 и нижнюю 5 стороны рабочей камеры 1 передаютс жестко закрепленным -на них стержн м 7 и возбуждают в них продольные и изгибные колебани , передаваемые, в свою очередь , обрабатываемой среде.The liquid to be processed is fed through the inlet nozzle 8 into the working chamber 1. The voltage of the electrical oscillations of the broadband generator 6 in the electroacoustic transducers 2 and 3 excites mechanical vibrations of a wide, for example, noise frequency spectrum, which respectively through the upper 4 and lower 5 sides of the working chamber 1 they are transferred rigidly fixed on them to the rods 7 and excite in them longitudinal and bending vibrations transmitted, in turn, to the treated medium.

) Энерги ультразвуковых колебаний наиболее эффективно передаетс стержн ми 7 в жидкость за счет изгибных колебаний. Соотношение между возбуждаемыми в стержн х 7 продольными и изгибными колебани ми зависит от способов возбуждени электроакустических преобразователей 2 и 3 и угла наклона стержней к плоскост м сторон 4 и 5.The energy of the ultrasonic vibrations is most efficiently transferred by the rods 7 to the liquid due to bending vibrations. The ratio between the 7 longitudinal and bending vibrations excited in the rods depends on the methods of driving the electroacoustic transducers 2 and 3 and the angle of inclination of the rods to the planes of the sides 4 and 5.

При возбуждении в электрических преобразовател х 2 и 3 продольных колебаний таким образом, чтобы направление распространени волны было параллельньлм соответственно плоскост м граней 4 и 5, наибольшие изгибные колебани .наблюдаютс при ct 90, однако эффективность возг буждени стержней зависит чэт их места расположени на сторонах 4 и 5.When excited in electric transducers x 2 and 3 of the longitudinal vibrations so that the direction of wave propagation is parallel to the planes of the faces 4 and 5, the greatest bending vibrations are observed at ct 90, however, the efficiency of the excitation of the rods depends on their location on the sides 4 and 5.

Если же в преобразовател х 2 и 3 возбуждаютс .продольные колебани таким образом, что направление распространени волны перпендикул рно плоскост м сторон 4 и 5 соответственно , то эффективность изгибных колебаний увеличиваетс при уменьшении угла oi. Однако значительное уменьшение об (менее ЗО) приводит к необходимости значительно увеличить длину стержней 7 дл . сохранени интенсивности ультразвукового пол в том же объеме жидкости, что уменьшает однородность ультразвукового пол и собственных резонансных частот стержней и неудобно с конструктивной точки зрени . Кроме этого, небольшие продольные колебани стержней 7 способствуют , повьииению равномерности ультразвукового пол в камере 1. Так как в преобразовател х 2 и возбуждаютс механические колебани широкого С шумового) спектра частот каждый из стержней 7 возбуждаетс на своей основной резонансной частоте изгибных колебаний, завис щей от его размеров, и ее гармониках. Резонансные колебани стержней 7 привод т к возникновению вблизи каж дого иЪ них зон интенсивной кавитации . В результате случайного распределени стержней 7 с различными резонансными частотами по поверхности обеих граней 4 и 5, результирующее ультразвуковое поле в объеме рабоче камеры 1 не имеет рко выраженных зон пучностей и узлов колебани и области интенсивной кавитации равномерно распределены в объеме обрабатываемой жидкости. Обтекание стержней потоком жидкости приводит к образованию цирку л ционной зоны с вихревым характером течени вблизи каждого из стерж ней 7, В этой зоне происходит интенсивное смешивание компонентов, а при проведении процессов в гетерогенных системах - эмульгирование Интенсивные изгибные колебани стержней, возбуждаемых на основной резонансной частоте, а также ее гармониках, способствуют дополните ному повышению турбулентности и эф фективности массоп едачи. Стержни могут иметь в поперечном сечении различную форму: круглую, пр моугольную и т.п., выбираемую из услови олучени необходимой равномерности ультразвукового пол (выполнени д, ) Развитой турбулентности потоков жидкости и удобства конструктивного исполнени . Большое з.начение дл повышени качества обработки жидкости имеет низка чувствительность предлагаемого устройства к воздействию дестабили- . зирующих факторов, так как возбуждаетс широкий (шумовой) спектр колебаний и стержни сами выбирают те частоты, которые необходимы в данный момент времени, т.е. они посто нно возбуждаютс на своих собственных резонансных частотах. Диапазон частот генератора широкого спект а частот 6 выбираетс таким образом, чтобы эффективно возбуждались все стержни 7, включа стержни с минимальной E,viHH максимальвой | J oy;{ Резонансными частотами. Обработанна среда выводитс из рабочей камеры 1 через патрубок бывода материала 9. Таким образом, насто щее устройство позвол ет значительно повысить качество обработки жидких сред, например суспензий и эмульсий, за счет большой излучающей поверхности ( завис щей от количества и размеров стержней), интенсивного и равномерно распределенного в объеме рабочей камеры кавитационного пол , сильной турбулизации потоков .жидкости, способствующей процессам массопередачи., низкой чувствительности устройства к воздействию, дестабилизирующих факторов ..If, however, longitudinal oscillations are excited in converters 2 and 3 in such a way that the direction of wave propagation is perpendicular to the planes of sides 4 and 5, respectively, then the efficiency of flexural vibrations increases with decreasing angle oi. However, a significant decrease in about (less than 30) leads to the need to significantly increase the length of the rods 7 dl. maintaining the intensity of the ultrasonic field in the same volume of liquid, which reduces the uniformity of the ultrasonic field and the intrinsic resonant frequencies of the rods and is inconvenient from a constructive point of view. In addition, small longitudinal vibrations of the rods 7 contribute to the increase in the uniformity of the ultrasonic field in chamber 1. As the transducers 2 also produce mechanical vibrations of the wide C noise spectrum of frequencies, each of the rods 7 is excited at its main resonant frequency of bending vibrations depending on its size and its harmonics. Resonant oscillations of the rods 7 lead to the appearance of intense cavitation near each of them. As a result of the random distribution of the rods 7 with different resonant frequencies on the surface of both faces 4 and 5, the resulting ultrasonic field in the volume of the working chamber 1 does not have clearly pronounced zones of oscillations and vibration nodes and areas of intense cavitation are evenly distributed in the volume of the treated liquid. The flow of fluid around the rods leads to the formation of a circulating zone with a vortex flow pattern near each of the rods 7. In this zone, intensive mixing of the components takes place, and when conducting processes in heterogeneous systems - emulsification. Intensive bending vibrations of the rods excited at as well as its harmonics, contribute to the additional increase in turbulence and efficiency of the food mass. The rods may have various shapes in cross section: round, rectangular, etc., chosen from the condition of obtaining the required uniformity of the ultrasonic field (performance,). Developed turbulence of fluid flows and convenience of the design. A large value for improving the quality of fluid treatment has a low sensitivity of the proposed device to the effects of destabilization. factors, since a wide (noise) spectrum of oscillations is excited and the rods themselves choose the frequencies that are necessary at a given time, i.e. they are constantly excited at their own resonant frequencies. The frequency range of the wide-spectrum generator 6 is chosen so that all rods 7 are effectively excited, including rods with a minimum E, viHH maximum | J oy; {resonant frequencies. The processed medium is removed from the working chamber 1 through the nozzle of the material 9 supply. Thus, the present device can significantly improve the processing quality of liquid media, such as suspensions and emulsions, due to the large radiating surface (depending on the number and size of rods), intensive and a cavitation field uniformly distributed in the volume of the working chamber, strong turbulization of the flows. liquid, which facilitates the processes of mass transfer, low sensitivity of the device to the effects, destabilizing x factors ..

Claims

1. DEVICE FOR ULTRASONIC TREATMENT OF LIQUID MEDIA, containing a working chamber, to the outer surface of which are electro-acoustic transducers rigidly connected to an electric oscillation generator, characterized in that, in order to improve the quality of processing, the chamber is made rectangular, and the transducers are mounted on its opposite sides , on the inner surfaces of the same sides at the same angles, randomly distributed rods with different areas n cross section and various lengths.

2.'Pop device. 1, characterized in that the ratio of the maximum resonant frequency of the bending vibrations of the rods ®5 _MOX to the minimum resonant frequency and the ut-tilt of the OS axis of the rods to the surfaces of the faces are selected within $

7 _g . 30 ° 5 · (Ζ “90 ^ο '

T MMM [