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超声波清洗新应用-超声防垢

2021-07-29 17:01
超声波清洗通常指的是对零部件的清洗,实际上,工业装置也需要清洗,最好是在线清洗。于是,产生一种新的超声技术——超声防垢。或者说,超声防垢是超声清洗的一种特殊应用。

 
超声防垢机理


超声波辐射于液体中产生三个方面作用而具有防垢能力。

1.超声波传播速度随着介质的变化而产生速度差,从而在界面上形成剪切应力,导致分子与分子之间,分子与管壁间结合力的减弱,阻止垢晶体附着在管壁上。
2.超声波在流体介质中的空化作用所产生的强大压力峰可以加速Ca2+、Mg2+的析出,并能够将已析出的碳酸盐垢及颗粒杂质击碎成细小的颗粒而悬浮于介质中。
3.超声波在流体中空化所造就的高温高压特殊物理环境会加速化学反应,改变垢物的结垢条件。
 
超声防垢和超声清洗一样,产生其效能的主动力源于声空化——瞬态空化泡内释放的巨大能量引发声化学反应。在气泡湮灭的瞬间,小气泡内部产生大约4000K和100MPa的局部高温高压环境,使气泡周围的介质都受到高压射流的冲击。
 
在强超声作用下,每一个空化气泡都是一个“热点”,其寿命约为0.1μs,它在爆破时可产生出非同寻常的能量效应,并在液固交界面产生速度约为110m/s的微射流。微射流作用会在界面之间形成剧烈的机械搅拌效应,而且这种效应可以突破层流边界层的限制,从而强化界面间的化学反应过程和质量及热量传递过程。
 
超声波不仅能防垢,而且也具备除垢作用。关键在于对超声波能量、频率和作用时间的控制。无论超声波是阻止成垢物质的沉积,或是清除了已沉积的垢类物质,都有助于生产装置的强化传热,原因在于:

1)使垢层脱落或变薄,使传热表面保持清洁,从而减小污垢热阻;
2)超声波空化产生的微射流作用,不断冲刷传热表面,增加流体在传热界面的湍动程度,减小传热边界层厚度,从而增加传热系数;
3)当换热器表面的温度高于周围液体的沸点时,汽化发生在换热器表面,汽化膜层的传热阻力也很大。而超声波的微射流作用能加速气泡的破裂;
4)超声波有脱气作用,使得换热器表面和液体主体中的气泡量减少,从而加速表面传热速率和液体主体的传热速率;