Процеси ультразвукової обробки можуть здійснюватися за допомогою ультразвукового гомогенізатора зондового типу або ультразвукової ванни. Хоча, обидва методи застосовують ультразвук до вибірки, існують значні відмінності в ефективності, ефективності та можливостях процесу. Ультразвукові апарати зондового типу різко перевершують ультразвукову ванну, коли мова йде про інтенсивність ультразвуку, амплітуду, рівномірну обробку та відтворюваність.

Бажані ефекти від ультразвукового дослідження рідин – в тому числі гомогенізація, Розсіювання, деагломерація, фрезерування, емульгування, Видобуток, лізис, Дезінтеграція і сонохімічні ефекти - викликані кавітація. Вводячи ультразвукове ультразвукове випромінювання у рідке середовище, звукові хвилі передаються у рідині та створюють чергові цикли високого тиску (стиснення) і низького тиску (розрідження), що залежать від частоти. Під час циклу низького тиску ультразвукові хвилі високої інтенсивності утворюють у рідині невеликі вакуумні бульбашки або порожнини. Коли бульбашки досягають об'єму, на якому вони більше не можуть поглинати енергію, вони сильно колапсуються під час циклу високого тиску. Це явище називається кавітацією. Під час імплозії дуже високі температури (близько 5000 K) і тисків (приблизно 2000 атм) досягаються локально. Вплив кавітаційного міхура також призводить до утворення рідких струменів до швидкості 280 м / с. [Суслик 1998]

Moholkar et al. (2000) виявили, що бульбашки в області високої інтенсивності кавітації зазнали перехідного руху, а бульбашки в області низької інтенсивності кавітації пройшли стабільне / коливальне рух. Перехідний колапс бульбашок, що призводить до підвищення локальних температур і тиску, є основою спостережуваних ефектів ультразвуку на хімічних системах.
Інтенсивність ультразвукового випромінювання - це функція вхідного енергії та площі поверхні сонотрода. Для поданої енергії застосовується: чим більше площа поверхні сонотрода, тим менша інтенсивність ультразвуку.
Ультразвукові хвилі можуть генеруватися різними типами ультразвукових систем. Далі порівнюються відмінності ультразвукової обробки ультразвукової ванни, ультразвукового зондового пристрою в відкритому посуді та ультразвуковому зондовому приладі з камерою проточного камери.

Порівняння кавітаційного гарячого точка розподілу

Для ультразвукових застосувань використовуються ультразвукові зонди (сонотроди / роги) та ультразвукові ванни. “Серед цих двох методів ультразвуку ультразвукова інзвукування зонда є більш ефективним і потужним, ніж ультразвукова ванна при застосуванні дисперсії наночастинок; Ультразвуковий пристрій ванни може забезпечити слабке ультразвук приблизно з 20-40 Вт / л і дуже неоднорідний розподіл, в той час як ультразвуковий зонд пристрій може забезпечити 20000 Вт / л в рідину. Таким чином, це означає, що ультразвуковий зондовий пристрій перевершує ультразвуковий пристрій для ванни в 1000.” (пор. Асаді та ін., 2019)

Ультразвукова ванна

У ультразвуковій ванні кавітація виникає невідповідно та неконтрольовано через танк. Ультразвуком ефект є з низькою інтенсивністю і нерівномірно поширюватися Повторюваність і масштабованість процесу дуже погана.
На малюнку нижче показані результати тестування фольги в ультразвуковому резервуарі. Тому на дні наповненого водою ультразвукового резервуара розміщується тонкий алюмінієвий або олов'яний фольга. Після ультразвукової обробки видно одиничні ерозійні позначки. Ці одиночні перфоровані плями та отвори у фользі вказують на кавітаційні гарячі точки. Внаслідок низька енергія і нерівномірний розподіл ультразвуку всередині резервуара, ерозійні сліди виникають лише на місці. Отже, ультразвукові ванни в основному використовуються для прибирання приладів.

Наведені нижче малюнки показують нерівномірність розподілу кавітаційних гарячих точок в ультразвуковій ванні. На рис.2, ванна з нижньою поверхнею 20×10 см. Було використано.

Для вимірювань, показаних на рис. 3, використовувалася ультразвукова ванна з нижнім пробілом 12х10 см.

Обидва вимірювання показують, що розподіл поля ультразвукового випромінювання в ультразвукових резервуарах дуже нерівномірний.
Вивчення ультразвукового опромінення в різних місцях у ванній показує значні просторові варіації інтенсивності кавітації в ультразвуковій ванні.

На рисунку 4 нижче порівнюється ефективність ультразвукової ванни та ультразвукового зондового приладу, що демонструється шляхом декольорації азобарвника Метил Фіолетовий.

Даналакшмі та співавт. знайшов у своєму дослідженні, що зондове ультразвукове пристрої мають висока локалізована інтенсивність в порівнянні з танковим і, отже, більшим локалізованим ефектом, як показано на рисунку 4. Це означає більш високу інтенсивність та ефективність процесу обробки ультразвуком.
Ультразвукова установка, як показано на малюнку 4, дозволяє повністю контролювати найбільш важливі параметри - амплітуду, тиск, температуру, в'язкість, концентрацію, об'єм реактора.

Ультразвуковий зондовий пристрій у відкритому склянці

Коли зразки обробляють ультразвуком за допомогою ультразвукового зондового пристрою, інтенсивна зона ультразвукової обробки безпосередньо під сонотрода / зонда. Відстань ультразвукового випромінювання обмежена певною ділянкою наконечника сонотрода. (див. рис.1)
Ультразвукові процеси у відкритих скляних банках використовуються переважно для тестування техніко-економічного обгрунтування та для приготування зразків менших об'ємів.

Ультразвуковий зондовий пристрій в режимі безперервного потоку

Найсучасніші результати ультразвукової обробки досягаються шляхом безперервної обробки в режимі закритого потоку. Весь матеріал обробляється з тією ж інтенсивністю ультразвуку, тому що шлях потоку і час перебування в камері ультразвукового реактора контролюється.

Pic. 4: 1кВт ультразвукова система UIP1000hd з потіковою камерою і насосом

Результати обробки ультразвукової рідини для заданої конфігурації параметрів є функцією енергії на оброблений обсяг. Функція змінюється з змінами в окремих параметрах. Крім того, фактична потужність і інтенсивність на поверхні сонотроду ультразвукового блоку залежать від параметрів.

Кавітаційний вплив ультразвукової обробки залежить від інтенсивності поверхні, яка визначається амплітудою (А), тиском (р), об'ємом реактора (ВР), температурою (Т), в'язкістю (η) та іншими. Знаки плюс і мінус вказують на позитивний або негативний вплив специфічного параметра на інтенсивність ультразвукової обробки.

Контролюючи найважливіший параметр обробки ультразвукової обробки, процес повністю повторується, і досягнуті результати можна масштабувати повністю лінійно. Різні типи сонородів і реакторів ультразвукового потоку дозволяють адаптувати до специфічних вимог процесу.

Резюме

Поки а Ультразвукова ванна забезпечує a слабкий ультразвуком з прибл. 20-40 Вт / л і дуже неоднорідний розповсюдження ультразвуковий зондовий тип пристрої можуть легко пару прибл. 20.000 Вт / л у оброблене середовище. Це означає, що пристрій ультразвукового датчика має вищу ультразвукову ванну в 1000 разів (1000x вищу енергію на об'єкт) через зосереджені і уніформа ультразвуковий сигнал введення. Забезпечує повний контроль над найважливішими параметрами ультразвуку повністю відтворюється результати і Лінійна масштабованість результатів процесу.