【超声波是指任何声波或振动】.doc

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超声波是一种高频机械波,作为一种能量形式在液体中所引起的超声振动、超声空化,以及空化气泡与液相之间的相互作用而产生的各种效应已在物理、化学、生物等学科的基础研究和应用技术开发中展示出十分广阔的前景。利用超声振动、超声空化能有效强化传质、传热、改变物理化学相平衡,加快化学反应速率。本文主要运用理论推导和数值模拟对超声空化泡动力学效应进行了研究并设计了提取装置,主要工作和相关结论如下：(1)探讨了超声场对传质过程的强化。依据空化泡在超声波的作用下,膨胀、收缩的的运动理论,把气泡看作为一个以液体为负载的振子,沿用Rayleigh方程推导方法,推导出单双频超声声场中空化泡壁的运动模型,又用Matlab数值模拟,并分析了单双频超声时各自的空化泡动力学效应,结果显示双频超声作用时,空化气泡所带来的空化效应比单频时的空化效应在同等的条件下要增强,从而可用双频超声对中草药进行传质运输。(2)根据Fick第一定律以及中草药浸提机制,并结合超声空化作用、机械效应等对提取体系的影响,研究并建立了超声强化提取中草药有效成分的动力学模型,探讨了时间、超声声压振幅与有效成分浸出量之间的关系,又通过实验数据与数值计算模拟。研究表明,利用文中的理论得出的提取率与超声提取时间、超声声压振幅之间的关系与实验和数据模拟结果基本符合。(3)基于超声辅助提取技术应用于中药有效成分的提取中所具有的优点,为了扩大超声的实际应用价值,在理论研究上,依据超声波的传播特性和声场效应,并结合现有中药提取设备及管道传输的特点,设计出双频双制式超声提取装置,并对其设计结构进行详细分析与探讨,说明设计出的双频双制式超声提取装置非常合理,而且具有独特的优点,更能适合工业上的应用。超声波是指任何声波或振动，其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20千赫。超声波由于其高频特性而被广泛应用于众多领域，比如金属探伤，工件清洗等。某些动物，如犬只、海豚、以及蝙蝠等等都有着超乎人类的耳朵，也因此可以听到超声波。亦有人利用这个特性制成能产生超声波来呼唤犬只的犬笛。超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，该特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。频率高于2×10千赫兹的声波。研究超声波的产生、传播、接收，以及各种超声效应和应用的声学分支叫超声学。产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽笛和液哨等）、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器机械效应。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时，悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化（见电介质物理学和磁致伸缩）。②空化作用。超声波作用于液体时可产生大量小气泡。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，称为空化。空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体，甚至可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波。与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷，并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关。③热效应。由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。④化学效应。超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢；溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸；染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现象的发生总与空化作用相伴随。超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有明显影响。各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处理后，特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸收，这表明空化作用使分子结构发生了改变。起关键作用的是声波的空化效应，在超声波的辐照过程中，在液体里将发生空化气泡的形成，长大和崩灭，当空化气泡崩灭时产生一个覆盖着的强压力脉冲，产生许多独特的性质，例如产生高达5000K的高温，大于200Mpa的压力，以及高达1010K/p的降温速度，这就是超声波化学合成的能量来源，Kcap，Okitso等将0.5um的oAl1/O3粉末加入到PdLN.2N3Cl.3H20溶液中，再加入一种对Pd2，还原起促进作用的规类，然后用20Khz的超声波辐照，在Al2O2表面合成出10nm左右的Pd纳米粒子。超声波清洗机由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增大，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压，破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面是，油被乳化，固体粒子及脱离，从而达到清洗件净化的目的。超声波清洗是基於空化作用，即在清洗液中无数气泡快速形成并迅速内爆。由此产生的冲击将浸没在清洗液中的工件内外表面的污物剥落下来。随着超声频率的提高，气泡数量增加而爆破冲击力减弱，因此，高频超声特别适用於小颗粒污垢的清洗而不破环其工件表面。产品特点空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到精密洗净目的。超声波如何完成清洗工作：超声波清洗是利用超声波在液体中的社会化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前所用的超声波清洗机中，空化作用和直进流作用应用得更多。采用超声波清洗的优势：相比其他多种的清洗方式，显示出了巨大的优越性，尤其在专业化、集团化的生产企业中，己逐渐用超声波清洗机取代了传统的浸洗、刷洗、压力冲洗、振动清洗和蒸气清洗等工艺方法，超声波清洗机的高效率和高清洁度，得益于其声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击疚，所以很容易将带有复杂外形，内腔和细空的零部件清洗干净，对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍，甚至几十倍，清洁度也能达到高标准，这在许多对产品表面质量和生产率要求较高的场合，更突出显示了用其他处理方法难以达到或不可取代的结果。参数规格超声波频率：42,000 Hz内胆材料：不锈钢（SUS303）容量：600 ml(1 pint)时间控制：3-分钟Auto Cut-off电源：AC 220~240V,50/60 Hz功率：35 W包装尺寸：265 x 170 x 185 mm(L x W x H)内胆尺寸：160 x 100 x 55 mm(L x W x H)尺寸：210 x 150 x 140 mm(L x W x H)N.W：1.00 kg G.W：1.21 kg 1)TH-100B台式数控超声波清洗机2)TH-200台式超声波清洗机3)TH-300BQ台式超声波清洗机4)TH-400BQG高功率超声波清洗机5)TH-500BQH恒温数控超声波清洗机6)TH-600BQE数控双频超声波清洗机7)TH-800V型超声波移液管清洗机8)TH-800BY医用超声波清洗机9)THL-Ⅱ型超声波滤芯清洗机10)THL-I型超声波钛棒清洗机主要用途1．超声波清洗机的用途：1．家庭应用：日常使用的物品如金银珠宝、首饰、头饰、胸针、眼镜、表链、水笔、光碟、刮须刀、梳子、牙刷、假牙、茶具等还有奶瓶、奶咀及水果如葡萄、樱桃、草莓，这些饰物、工具和水果在被清洗的同时还进行了消毒杀菌，另外手部也可用超声波进行美容护肤，长期使用可保持皮肤幼嫩润滑充满弹性。利用洁康超声波清洗器还可以进行调酒、香醇酒类、自动搅拌鸡蛋等。2．眼镜、光学仪器：一切光学镜片，如各种眼镜（包括隐形眼镜）、放大镜、望远镜、显微镜、相机、摄像机等之镜头零件等经洁康超声波清洗后，所有世间真情尽显无遗。3．玉石、饰物加工行业：在研磨抛光等加工过程中，大量粉尘污物会沾附在玉石、饰物上，而这些工件往往形状复杂，缝隙又多，传统的清洗方法常常一筹莫展，而洁康超声波清洗器则独到奇效。4．钟表、精密仪器：有了洁康超声波清洗器，钟表、精密仪器免除了逐一拆装螺丝、齿轮、游丝发条、表链等的麻烦，只须把外壳卸下，整个放进装有相应清洗剂（如汽油）的清洗槽内，便可以取得事半功倍的清洗效果。5．银行、办公室、财务、工艺美术、广告行业、办公用品：如打印机、喷头、针笔、钢笔、画笔、喷咀、喷雾器经常堵塞，印章也常常因印泥的沾附而模糊不清，常用洁康超声波清洗器可保流畅清晰。如结合适量洗洁精或其他清洗剂会有更好效果。6．通信器材、电器维修：手机、对讲机、随身听等电器的精密线路板、零配件利用洁康超声波清洗机结合无水酒精清洗，可得到极佳的无尘无污染完全彻底的清洗效果。7．医疗单位、院校：各种医疗器械如手术器具、牙科的假牙、牙模、照视镜、化验室实验的烧杯试管等的清洗，各类药剂试剂的混和、化合均可提高效率、提高清洁净度、加速化学反应和缩短时间。8．送礼佳品：每逢佳节或如开展览会、招待会、联谊会、校友会、评奖会等需筹备礼品、纪念品、奖品时，洁康超声波清洗机以其独特的产品创意，别致的方便型包装，新颖独特的清洗方式，显著而多用的功效。让您不再为挑选礼品而左右为难，因为清洗、杀菌、美容护肤多功能合而为一体的洁康牌超声波清洗机实为新一代的送礼佳品。2．桌面式超声波清洗应用的主要领域：在所有的清洗方式中，超声波清洗是效率最高、效果最好的一种，之所以超声波清洗能够达到如此的效果，是与它独特的工作原理和清洗方法密切相关的。我们知道，在生产和生产当中，需要清洁的东西很多，需要清洗的种类和环节也很多，如：物件的清除污染物，疏通细小孔洞，常见的手工清洗方法对异型物件以及物件隐蔽处无法达到要求，即使是蒸汽清洗和高压水射流清洗也无法满足对清洁度较高的需求，超声波清洗对物件还能达到杀灭细菌、溶解有机污染物、防止过腐蚀等，因此，超声波清洗被日益广泛应用于各行各业。1．机械行业：防锈油脂的去除；量具的清洗；机械零部件的除油除锈；发动机、化油器及汽车零件的清洗；过滤器、滤网的疏通清洗等。尤其在铁路行业，对列车车厢空调的除油去污、对列车车头各部件的除锈、除油、防锈，非常适合。2．表面处理行业：电镀前的除油除锈；离子镀前清洗；磷化处理；清除积炭；清除氧化皮；清除抛光膏；金属工件表面活化处理等。3．仪器仪表行业：精密零件的高清洁度装配前的清洗等。4．电子行业：印刷线路板除松香、焊斑；高压触点等机械电子零件的清洗等。5．医疗行业：医疗器械的清洗、消毒、杀菌、实验器皿的清洗等。6．半导体行业：半导体晶片的高清洁度清洗。7．钟表首饰行业：清除油泥、灰尘、氧化层、抛光膏等。8．化学、生物行业：实验器皿的清洗、除垢。9．光学行业：光学器件的除油、除汗、清灰等。10．纺织印染行业：清洗纺织锭子、喷丝板、拉丝板等。11．石油化工行业：金属滤网的清洗疏通、化工容器、交换器的清洗等。12．其他：感光材料制造、造纸、某些食品领域的液体消泡（去除溶解的空气）。主要应用：珠宝行：项链、耳环、手镯、钱币、剃须刀头、钟表、笔尖、钱币、徽章、五金零件眼镜行：眼镜、镜片、玻璃、隐型眼镜附件等其它：假牙、打印机墨头、证章、餐具超声波清洗剂技术特点清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致。清洗速度快，提高生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠。对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净。对工件表面无损伤，节省溶剂、热能、工作场地和人工。超声波清洗方式超过一般以的常规清洗方法，特别是工件的表面比较复杂，象一些表面凹凸不平，有盲孔的机械零部件，一些特别小而对清洁度有较高要求的产品如：钟表和精密机械的零件，电子元器件，电路板组件等，使用超声波清洗都能达到很理想的效果。超声清洗的原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质—清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相同的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合。在这种被称为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1000大气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化的目的。超声波清洗的作用机理主要有以下几个方面：因空化泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层的一部分在冲击波作用下被剥离下来、分散、乳化、脱落。因为空化现象产生的气泡，由冲击形成的污垢层与表层间的间隙和空隙渗透，由于这种小气泡和声压同步膨胀，收缩，象剥皮一样的物理力反复作用于污垢层，污垢层一层层被剥离，气泡继续向里渗透，直到污垢层被完全剥离。这是空化二次效应。超声波清洗中清洗液超声振动对污垢的冲击。超声加速化学清洗剂（RT-808超声波清洗剂）对污垢的溶解过程，化学力与物理力相结合，加速清洗过程。主要特性1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。2）超声波可传递很强的能量。3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。技术特点清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致、清洗速度快，提高生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠、对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净、对工件表面无损伤，节省溶剂、热能、工作场地和人工。超声波清洗方式超过一般以的常规清洗方法，特别是工件的表面比较复杂，象一些表面凹凸不平，有盲孔的机械零部件，一些特别小而对清洁度有较高要求的产品如：钟表和精密机械的零件，电子元器件，电路板组件等，使用超声波清洗都能达到很理想的效果。超声清洗的原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质—清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相同的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。从而达到清洗目的。超声波中药提取：在中药提取中，超声循环提取技术已被广泛应用。超声波提取是利用超声波的空化效应增加溶剂穿透力，高药物溶出速度和溶出次数，从而增加物质成分的扩散，缩短提取时间，加速提取过程。1、提取温度低，可采取低温提取，对热敏药物不会破坏其药性。2、提取时间短，提取率高，节约药材资源，提高产量，降低生产成本。3、适应于多种溶剂，满足各种提取的要。、机型分类：超声波提取设备分为小试机型、中试机型和规模生产机型。（1）小试机型：一般用于实验室，超声功率为300W至3KW，提取罐或槽容积为5至75L。’{)?$Y"z2V+I-y`6t（2）中试机型：一般用于中间试验，超声功率为5KW至10KW，提取罐或槽容积为200至400L。{E7_4R6j-W N+j"K（3）规模生产机型：主要用于中药材提取的批量生产，超声功率为20KW至75KW，提取罐容积为1至3立方米。2、结构型式分类：超声波提取设备结构型号式分为内置式和外置式两类。（1）内置式机型：主要是指将超声波换能器阵列组合成密封于一个多边形立柱体内，并将其安装于中药材提取罐内中心位置，其超声能量从多边形立柱内向外（罐内的媒质）发射。{-|+N\W:IP（2）外置式机型：主要是指将超声波换能器以阵列组合的方式安装于提取罐体的外壁，其超声能量由罐外壁向罐内（媒质）发射。+固-液萃取通常被称为提取，即用合适的溶剂从物料中提取有用成分，传统工艺方法是采用热处理或机械搅拌来加强该过程。现已发现应用功率超声能显著强化和改善提取过程。超声的微扰效应增大了溶剂进入提取物细胞的渗透性，加强了传质过程；超声的另一作用是超声空化产生的强大剪切力能使介质细胞壁破裂，使细胞容易释放出内含物。超声强化固-液萃取是有效的质量传递和细胞破裂的主要原因，它超越了以往任何一种可行性技术，获得了高效提取。超声提取比常驻机构规的热提取更有效，并且缩短了提取时间，大部分物质在过程前10min内就被提取出来。1E&SC~[u超声波提取效率高。超声波独具的极端物理特性，能促使植物组织破壁或变形，使中药有效成份提取更充分，提取率比传统工艺显著提高达50—500%。"m\Q}r K（2）超声波提取时间短。超声波强化中药提取通常在24—40分钟即可获得最佳提取率，其提取时间较传统工艺方法缩短2/3以上，因此药材原材料处理量大。\2|4]OH（3）超声波提取温度低。超声波提取中药材的最佳温度在40—60摄氏度，因此不需要配备锅炉来提供蒸气加热，有利于节约能源和改善环境污染。更重要的是对遇热不稳定、易水解或氧化的药材中的有效成份具有保护作用。（4）超声波提取适应性广。超声波提取中药材不受中药材成份性质、分子量大小的限制，适用于绝大多数种类中药材和各类成份的提取。（5）超声波提取的药液杂质少，有效成份易于分离、纯化。"w%N Bi"Mn（7）超声波提取简单易行，设备的维护和保养方便。