عوامل التكوين والتأثير في الانحلال بالموجات فوق الصوتية

---

الانحلال السائل هو عملية يتم فيها فصل فيلم سائل ، منزعج بسبب اضطراب سطحي كافي في الاتجاه الطبيعي ، عن السطح وينقسم إلى قطرات صغيرة ، مثل الضباب في مرحلة الغاز. يلعب الانحلال السائل دورًا مهمًا في تجفيف الرش والطلاء وتبريد الرش والحرق واحتراق الوقود السائل والنفايات وإعداد مسحوق ناعم وإعداد المستحلب والعمليات الصناعية الأخرى. في هذه التطبيقات ، يجب أن يكون لمعظم القطرات توزيع الحجم المطلوب.

تصنيف الانحلال

يتم اعتماد أنواع مختلفة من عمليات الانحلال ، ويمكن تصنيف تأثيرات نقل الطاقة على الانحلال السطحي للفيلم السائل. تستخدم عمليات الانحلال الميكانيكية أو التقليدية ، مثل الانحلال ثنائي المائع ، وتفتيت الضغط وتفتيت القرص ، الطاقة الميكانيكية للضغط أو زيادة الطاقة الحركية للسائل بحيث يمكن أن يتحلل في شكل قطرات. تتطلب هذه العمليات مزيدًا من الطاقة ولا يمكنها التحكم في الحجم النهائي للقطرات وسرعة الحقن.

على عكس الانحلال التقليدي ، يمكن أن يكون الانحلال بالموجات فوق الصوتية أكثر كفاءة. إنها تحتاج فقط إلى نقل الطاقة الكهربائية إلى محول كهروإجهادي لقيادة فوهة الصدى. لا تحتوي القطرات على أجزاء متحركة ، ويتم استخدام الاهتزازات الميكانيكية الناتجة عن الطاقة الكهربائية فقط لإنتاج القطرات. لأنه لا توجد حاجة إلى طاقة إضافية ، يمكن التحكم في توزيع حجم القطرات بشكل أفضل بواسطة الانحلال بالموجات فوق الصوتية.

تم تأسيس متوسط ​​قطر القطرات التي تنتجها القمم الشعرية عند ترددات الاهتزاز القسري من 10 إلى 800 كيلو هرتز من سوائل العمل المختلفة (بما في ذلك الماء والزيت والشمع المذاب) ، وتم تأسيس العلاقة بين متوسط ​​قطر قطرات الرش.dp = 0.34 * 8π / ρf2

Solution	درجة الحرارة 25°C
	سطح - المظهر الخارجيتيension(N / م)	دensity(كجم / م³)	الخامسiscosity(N / م²)
ماء	0.0728	997	0.00089
20 ٪ زlycerol	0.071	1045.25	0.0015
40 ٪ زlycerol	0.07	1097.1	0.0035
60 ٪ زlycerol	0.069	1151	0.0088
20 ٪ مالإيثانول	0.047	965	0.0013
40 ٪ مالإيثانول	0.036	932	0.0015
60 ٪ مالإيثانول	0.029	912	0.0014
0.1 ٪ CMC	0.063	1001	0.017
0.5 ٪ CMC	0.061	1005	0.062

موجة الشعرية وتأثير التجويف

ويستند جيل من الانحلال بالموجات فوق الصوتية على تأثير موجة الشعرية وتأثير التجويف. عندما يتم تطبيق طاقة منخفضة على رذاذ بالموجات فوق الصوتية 20 كيلو هرتز ، يتم ملاحظة بنية شبكية منتظمة على سطح المرذاذ ، والذي يحتوي على نفس عدد القمم وحوض المياه لكل وحدة مساحة ، تسمى الموجة الشعرية. ينتج عن هذا الدخل المنخفض للطاقة تداخل سطحي دون الحقن الفعلي للقطرة.

التجويف هو ظاهرة صغيرة المستوى ، لا يمكن ملاحظتها مباشرة على سطح الرأس التفتيت بالعين المجردة.هناك نوعان مختلفان من القطرات ، ه. قطرات وخطوط شبه كروية ، ذات سرعة أعلى ، وقطرات كروية شبه أقل سرعة. يمكن تحديد التجويف.

إن تشكيل التجاويف بالقرب من سطح البخاخة وفي الطبقة السائلة والانهيار اللاحق لهذه التجاويف ينتج عنه الإطلاق المحلي لكميات كبيرة من الطاقة ؛ لذلك ، بالمقارنة مع انخفاض سرعة الرش التي لوحظت في حالة انتشار الموجة الشعرية ، فإن تأثير التجويف يزيد بشكل كبير من سرعة رذاذ القطرات.في الوقت نفسه ، تقل مساحة السطح التي يشغلها السائل عند طرف البخاخة مع زيادة وتيرة البخاخة ، مما يجعل من الصعب التقاط الموجات الشعرية على السطح.

تأثير التردد الديناميكي على حجم القطرة

液滴 尺寸 随着 照射 频率 的 增加 而 降低. 随着 频率 的 增加 波长 的 减少 导致 阻尼 节点 和 波 腹 点 的 压缩. 雾化 液体 在 循环 中 暴露 于 更多 的 压缩 相، 导致 峰值 增长率 降低،相应 的 液滴 尺寸 减小. 随着 频率 的 增加، 可 用于 形成 液滴 的 雾化 表面积 减小. 覆盖 整个 表面 所需 的 阈 值 液体 流速 随着 频率 的 增加 而 增加.

يتناقص حجم القطرة مع زيادة وتيرة التشعيع. مع زيادة التردد ، يؤدي انخفاض طول الموجة إلى ضغط عقد التخميد والعقد الموجية. يتعرض السائل المصغر إلى مراحل مضغوطة أكثر في الدورة الدموية ، مما يؤدي إلى انخفاض معدل نمو الذروة وحجم القطرة المقابل. مع زيادة التردد ، تقل مساحة سطح الانحلال التي يمكن استخدامها لتشكيل قطرات. تزداد سرعة السائل العتبة المطلوبة لتغطية السطح بالكامل مع زيادة التردد.

الحد الأعلى للتدفق من رذاذ عالية التردد قبل السقوط هو أقل من رذاذ منخفضة التردد. الطول الموجي للموجة الشعرية يتناقص مع زيادة وتيرة رذاذ. والنتيجة النهائية هي أن حجم القطرة يتناقص ويزيد معدل طرد القطرات (عدد القطرات لكل وحدة زمنية) من السطح.

تأثير معدل التدفق على حجم القطرة

يزداد حجم القطرات (dp) مع زيادة معدل التدفق (Q) ، والذي يمكن أن يعزى إلى زيادة سمك الطبقة السائلة التي تشكلت على السطح الاهتزازي قبل الانحلال الفعلي. عندما يكون معدل التدفق السائل أعلى بقليل من معدل التدفق الحرج اللازم لتبليل سطح الفوهة تمامًا ، ينتشر السائل كغشاء رقيق سائل وله أمواج شعرية متعددة تتألف من قمم وأحواض.

عندما تكون سرعة السائل أعلى بوضوح وتبقى حالة الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية على حالها ، تتشكل طبقة سائلة أكثر سمكا على سطح البخاخة ، مما يؤدي إلى تشوه الموجة الشعرية الموحدة. تؤدي هذه الموجة الشعرية غير النظامية إلى تكوين قطرات ذات حجم أكبر للقطرة وتوزيع أحجام أكبر. علاوة على ذلك ، مع زيادة سماكة الطبقة على سطح البخاخة ، يتم ملاحظة فقاعات التجويف أو الفقاعات المتذبذبة بالقرب من سطح البخاخة ، والتي تنمو بسرعة وتنهار لرش قطرات من الذروة قبل الأوان ، مما يؤدي إلى التجويف تأثير. أي زيادة أخرى في معدل التدفق ستؤدي إلى انخفاض القطرات ويصبح توزيع حجم القطرة أوسع.

معدل التدفق الحرج: معدل التدفق اللازم لترطيب كامل لسطح طرف الفوهة. حساب الصيغة:Qcrit =σ / fρ

تأثير الطاقة على حجم القطرة

يزداد حجم القطرة مع زيادة قوة الموجات فوق الصوتية. لوحظ حجم القطرة الكبير عند معدل تدفق أعلى واستهلاك طاقة سائل أعلى. مع زيادة القدرة بالموجات فوق الصوتية ، تزداد سعة الاهتزاز عند طرف المرذاذ ، مما يؤدي إلى تغيير شكل تدفق التفتيت من شعاعي إلى مخروطي. عندما ينتشر السائل على سطح رذاذ بالكامل مع الموجات فوق الصوتية منخفضة الطاقة ، يمكن للسائل استخدام كل الطاقة المنقولة إلى الحافة ، مما يؤدي إلى تقليل حجم الانخفاض. مع زيادة الطاقة ، تزداد كثافة التشغيل لأن مساحة التغطية السائلة في طرف الفوهة تقل.

تزداد سرعة القطرات مع زيادة طاقة الموجات فوق الصوتية ، والتي يمكن أن تعزى أيضًا إلى زيادة سعة الاهتزاز عند طرف البخاخة وزيادة تأثير التجويف في إطلاق الطاقة الصوتية. عندما تكون حركة الرش عموديًا ، تؤثر الجاذبية أيضًا على الطاقة الحركية للقطرات التي يزيد حجمها عن 150 مم. بالنسبة للتطبيقات مثل الطلاءات السطحية ، من غير المرغوب فيه أن يعمل في ظل ظروف طاقة عالية ، لأن القطرات ترتد مرة أخرى بعد أن تصل إلى السطح وقد تشكل أشكالًا غير منتظمة على السطح ، مما ينتج عنه طلاء غير متساوٍ.

اشرح الاعتماد المباشر لسعة طرف الاهتزاز على تبديد الطاقة:الطاقة = SCSU2 / 2 I = SCSU2 / 2

يتم تعريف السرعة الصوتية كما（U） (Am × ω0) = (Am × 2πf)

I = ρC (Am * 2πf) 2/2

تأثير اللزوجة السائلة على حجم القطرة

يتناقص حجم القطرة قليلاً مع زيادة اللزوجة السائلة. مع زيادة اللزوجة السائلة ، تحتاج البخاخة إلى مزيد من الطاقة لتحلل الطبقة السائلة إلى قطرات. في البداية ، دون تفكك فوري ، ظلت الطبقة السائلة على سطح البخاخة لفترة من الوقت قبل الانقسام إلى قطرات. لذلك ، لا يوجد انحلال في المرحلة الأولية ، ويتذبذب السائل على سطح المرذاذ لأن السعة تبدد الطاقة اللزجة وتزيد درجة الحرارة ، وهو ما لا يلاحظ في السائل اللزج السفلي. بعد فترة من الزمن ، بسبب تبديد الطاقة الميكانيكية الناتجة عن أحداث التجويف ، ترتفع درجة حرارة الطبقة السائلة على السطح ، ثم يتم ملاحظة الانحلال السائل. مقارنةً بسوائل اللزوجة المنخفضة (بمعدل تدفق السائل نفسه) ، تتطلب سوائل اللزوجة العالية مزيدًا من الطاقة من أجل الانحلال.

تأثير التوتر السائل على حجم القطرة

مع انخفاض التوتر السائل ، تنخفض الجزيئات الصغيرة أيضًا. يؤدي انخفاض التوتر السطحي إلى انخفاض الطول الموجي الشعري للسطح. يزداد عدد الموجات الشعرية لكل منطقة اهتزاز وحدة ، وسعة الموجات الشعرية أكبر. يتم إخراج القطرات على الفور من الذروة. لذلك ، في نفس السرعة السائلة ، يزداد عدد القطرات التي تم رشها مع تناقص حجم القطرة.

يتم الحفاظ على الطاقة بالموجات فوق الصوتية والطاقة السطحية للفيلم السائل مع الطاقة الحركية والطاقة السطحية للقطيرة. لذلك ، ترتبط زيادة الطاقة الحركية للقطرة بانخفاض حجم القطرة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن الطبقة السائلة تشغل طبقة رقيقة جدًا على سطح الاهتزاز وتلتصق تقريبًا بسطح المرذاذ ، فمن المحتمل أن يؤدي انخفاض التوتر السطحي إلى زيادة نمو فقاعات التجويف بالبخار.وهذا يؤدي إلى انهيار الفقاعة في الفيلم السائل الرقيق على سطح المرذاذ ، مما يؤدي إلى قطرات أصغر ، ولكن الرش بسرعة أكبر.

وفقًا لاختلاف حجم القطيرات مع معلمات التشغيل (بما في ذلك معلمات المعدات ، الخواص الفيزيائية والكيميائية ومعدل تدفق القطرات) ، تم إنشاء صيغة الارتباط للتنبؤ بحجم القطرة.كتقدير أولي ، تعتمد الطريقة الأبسط على الارتباط المناسب ، بافتراض أن قانون القدرة يتغير للمتغيرات المستقلة وفقًا لاختلاف حجم القطيرات مع معلمات التشغيل (بما في ذلك معلمات المعدات والخصائص الفيزيائية والكيميائية ومعدل تدفق القطرات) ، تم تأسيس صيغة ارتباط للتنبؤ بحجم القطرة.كتقدير أولي ، تعتمد الطريقة الأبسط على الارتباط المناسب ، على افتراض أن قانون القوة يتغير للمتغيرات المستقلة(Q، μ، σ، ρ، و، I)وأفضل ارتباط تم الحصول عليه هو كما يلي:

(نطاق متغيرQ= 0.5 إلى 5 × 107 م 3 / ث ،F= 20-130 كيلو هرتز ،ρ= 912-111 كجم / م 3 ،σ= 0.029-0.073 ن / م ،μ= 0.00089-0.088 ن / م 2 ،أنا= 15907–913752.9 واط / م 2)。

المتغيرات الشائعة في الانحلال

صباحا	نصيحة السعة(م)	تي	سمك الفيلم السائل(م)
C	سرعة الصوت في السائل متوسط (الآنسة)	U	سرعة موجة الصوت(الآنسة)
موانئ دبي	القطر القطر(م)	μ	اللزوجة السائلة(ن ق / م²)
F	تردد الإثارة(1 / ث)	λ	Wavelength(م)
أنا	شدة الموجات فوق الصوتية(W / م²)	ρ	الكثافة السائلة(كجم / م³)
Q	حجم معدل التدفق(م³/ ثانية)	σ	التوتر السطحي(N / م)
Qcrit	حجم التدفق الحرج(م³/ ثانية)	S	مساحة سطح البخاخة(م²)