Использование ультразвукового распыления

Ряд исследователей для получения аэрозоля используют ультразвуковые (УЗ) распылители. Этот процесс может обеспечить образование очень мелких капелек без образования большого перепада давления между жидкостью и газом и без использования распыляющего воздушного потока. Наиболее существенным достоинством ультразвукового распыления по сравнению с обычными методами считают существенную экономию энергопотребления []. Методы ультразвукового распыления позволяют получать аэрозоли с узким распределением капель жидкости по размерам и имеющие очень низкую кинетическую энергию. При использовании ультразвукового распыления, меняя частоту ультразвука, можно регулировать размеры капелек. Этого же можно добиться, изменяя скорость флуктуирующего потока жидкости. В отличие от пневматических распылителей распыление в ультразвуковых распылителях происходит за счет акустических колебаний и газовый поток нужен только для переноса полученного аэрозоля. Эффективность генерации аэрозоля в этих распылителях в 10-20 раз больше, чем у пневматических распылителей. Эти распылители образуют тонкий аэрозоль со средним размером капель до 1-5 мкм. При этом размер аэрозоля зависит от частоты ультразвука. В статье Эше [] приведено описание некоторых закономерностей процесса образования аэрозолей в ультразвуковом фонтанчике, получающемся в результате действия сфокусированного ультразвука на поверхность раздела жидкость-газ. Прежде всего, такой аэрозоль является тонко- и практически монодисперсным. Так, например, при использовании ультразвука с частотой 2,5 МГц 35 % всех капелек образующегося аэрозоля имели размеры от 1,7 до 2,5 мкм, размеры 85 % всех капелек заключены в пределах от 1,0 до 4,8 мкм.

Повышение частоты ультразвука приводит к существенному уменьшению размера капелек аэрозоля. Поэтому для получения мелкодисперсного аэрозоля целесообразно применять частоты более 1 МГц. Степень дисперсности аэрозоля не зависит от мощности ультразвука.

В работе [] приводятся данные экспериментальных исследований с помощью скоростной макро- и микрокиносъемки процесса туманообразования в ультразвуковом фонтанчике. Фонтанчик получатся при помощи плоского излучателя из керамики титаната бария, имеющего частоту собственных колебаний 2 МГц. Ультразвук фокусировался плексиглазовой линзой. Показано, что образующаяся под влиянием ультразвука струя жидкости состоит из отдельных бусинок диаметром 0,95 мм. Область туманообразования расположена в нижней части струи, причем верхняя граница области находится на расстоянии 4-5 мм от конца вспучивания. Наиболее интенсивно туманообразование происходит в средней части указанной области. С увеличением мощности излучения ультразвука возрастает высота фонтанчика, однако в пределах изменения высоты его от 5 до 12 см размеры и местоположение области туманообразования на струе практически не меняются. Съемки показали также, что процесс туманообразования не является непрерывным. Туман выбрасывается редкими кратковременными (<400 мксек) взрывами, промежутки между которыми значительно больше, чем время, занимаемое туманообразованием. Вместе с туманом, а иногда и без него, из струи фонтана выбрасываются капли воды, размеры которых значительно больше размеров капелек тумана. Для предотвращения попадания крупных капель в тракт подачи аэрозоля используют, как и в пневматических распылителях камеры распыления, а также устанавливают отбойные заслонки.

В [] предложен способ распыления менисковой пленки жидкости, смачивающей наклонную излучающую поверхность поршневого УЗ преобразователя, частично погруженного в распыляемую жидкость. В качестве преобразователя использовался магнитостриктор, работающий на основной частоте собственных колебаний 25 кГц. В этих условиях при подводимой мощности 650 Вт длина столба водяного тумана доходила до 100 см, причем в аэрозоль в I ч переходило примерно 150 л воды с 1 дм излучающей поверхности преобразователя, то есть столько же. При этом получающийся аэрозоль был довольно грубым: капельки имели размер от 100 до 250 мкм. С увеличением мощности величина капель возрастала.

Анализ приведенных данных показывает, что этот способ распыления (распыление тонких слоев жидкости) позволяет достичь очень высокой производительности. Однако использование частот порядка 20 кГц недопустимо, так как получаемый аэрозоль является крупными и полидисперсным.