Акустические течения

Акустическими течениями называют стационарные вихревые потоки, возникающие в жидкости под действием ультразвуковых колебаний. Различают три вида акустических течений. Первый - вихревые потоки, возникающие на границе раздела твердой и жидкой фаз. Эти потоки способны разрушать пограничный ламинарный слой жидкости у поверхности твердой фазы. Теорию этих потоков впервые дал Г. Шлихтинг. Указанный тип вихревых потоков является мелкомасштабным, так как размер их X. Подобные течения возникают также вокруг кавитационных полостей. Второй тип акустических потоков - течения вне пограничного слоя, имеющие масштаб, соизмеримых с X, Третий тип - макротечения, направленные от оси излучателя. Скорость этих потоков может достигать 1,0 - 1,5 м/с. Наибольшее технологическое значение имеют мелкомасштабные течения, способствующие глубокому устранению диффузионных затруднений в гетерогенных процессах.

Пандеромоторное действие ультразвука заключается в возникновении механических сил, под действием которых частицы движутся в среде. Пандеромоторный эффект так же, как и акустические течения, способствует устранению диффузионных затруднений.

Кавитация заключается в образовании полостей в полупериоды разрежения и захлопывания их в полупериоды сжатия. В процессе захлопывания полости возникает ударная волна, разрушающая твердые тела. Порог кавитации, или иначе минимальное значение интенсивности ультразвука, при которой начинается процесс кавитации, является функцией частоты ультразвука и физико-химических свойств жидкости. Для воды и слабых водных растворов в интервале частот 15-500 кГц статистически значима (с надежностью 95 %) аппроксимация, полученная в результате математической обработки экспериментальных данных.

Одной из особенностей ультразвука является возникновение звукокапиллярного эффекта, заключающегося в увеличении скорости прохождения жидкостей в капиллярах (эффект Е.Г. Коновалова). Звукокапиллярный эффект способствует ускорению технологических процессов, в которых лимитирующим фактором является скорость диффузии в пористом слое продукта реакции. Таким продуктом в процессах цементации является слой цементного осадка на поверхности частиц металла-цементатора.

В настоящее время общее число побликаций по вопросам применения ультразвука в процессах цементации является сравнительно небольшим. Работы, посвященные цементации селена и меди в ультразвуковом поле, являются одними из наиболее ранних в отечественной литературе. Получению медных порошков цементацией в ультразвуковом поле посвящены работы. Рассматривается возможность интенсификации процесса цементации меди железом путем кратковременного воздействия ультразвука на пульпу. Вопросам влияния ультразвука на скорость цементации меди цинком посвящены работы. Возможность интенсификации процесса омеднения железного порошка в ультразвуковом поле показана В.И. Литвиненко.

В одном из патентов предлагают цементацию меди железом проводить в барабанном цементаторе с наложением ультразвуковых колебаний. Для цементационного осаждения меди на неметаллах можно предварительно нанести на их поверхность тонкий слой цинкового порошка. Показано, что скорость процесса цементации меди железом возрастает в 3-4 раза при использовании ультразвука кавитационного режима. Интересная методика исследования влияния ультразвука на процесс цементации. В ней предлагается пластину из металла-цементатора наклеивать на зеркало диспергатора. Хотя цитированные работы являются интересными и полезными, к сожалению, они не содержат количественных закономерностей влияния ультразвука на кинетику процессов цементации.