Ultraschallenergie wirkt auf das Medium, wodurch die Partikel mit hoher Geschwindigkeit vibrieren und mechanische Änderungen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Schalldruck und Schallintensität hervorrufen, wodurch mechanische Effekte entstehen. Ultraschall ist eine Form der Ausbreitung mechanischer Energie, die mit dem Wellenprozess zusammenhängt und einen linearen Vibrationseffekt erzeugt. Wenn sich die Ultraschallwelle im Medium ausbreitet, ist die Amplitude der Partikelverschiebung zwar klein, die durch die Ultraschallwelle verursachte Beschleunigung des Partikels jedoch sehr groß.
Wenn sich die Ultraschallwelle mit 20 kHz und 1 W/cm2 in Wasser ausbreitet, beträgt die von ihr erzeugte Schalldruckamplitude 173 kPa, was bedeutet, dass sich die Schalldruckamplitude 20.000 Mal zwischen positiven und negativen 173 kPa pro Sekunde und der maximalen Teilchenbeschleunigung ändern muss Bis zu 1440 km/s2, was etwa dem 1500-fachen der Erdbeschleunigung entspricht, ist eine solch intensive und sich schnell ändernde mechanische Bewegung der mechanische Vibrationseffekt der Kraft Ultraschall.
Wenn das Ultraschallmedium kein gleichmäßig geschichtetes Medium ist (z. B. biologisches Gewebe, menschlicher Körper usw.), führt die akustische Impedanz jeder Medienschicht dazu, dass die reflektierten Schallwellen reflektiert werden und eine stehende Welle bilden. Die Schwingungsbäuche und Knoten der stehenden Welle verursachen Druck- und Spannungsänderungen sowie Beschleunigungsänderungen. Da die Masse verschiedener Medienpartikel (z. B. Biomoleküle) unterschiedlich ist, ist die durch die Druckänderung verursachte Schwingungsgeschwindigkeit unterschiedlich, und die durch die Relativbewegung zwischen den Medienpartikeln verursachte Druckänderung ist ein weiterer Grund für den mechanischen Ultraschalleffekt. Die mechanischen Effekte mittels Ultraschall sollen verarbeitet werden (Perforieren, Schneiden, Verdichten, Oberflächenverfestigen, Schweißen, Reinigen, Polieren und Entfernen von unerwünschten Filmen und Schmutz usw.) und auch zur Beschleunigung der Dispergierung, Homogenisierung, Emulgierung und Zerkleinerung, Sterilisation und anderer Prozesse genutzt werden.
Die mechanische Wirkung von Ultraschall wird in der Produktion häufig genutzt, Beispiele hierfür sind die folgenden.
Mechanische Bewegung
Ultraschall-Hochfrequenzvibrationen und Strahlungsdruck können eine wirksame Bewegung und Strömung in Gasen und Flüssigkeiten bewirken. Der starke Strahl und die lokale Mikrorauschströmung, die durch die Vibration der Kavitationsblase auf der festen Oberfläche erzeugt werden, können die Oberflächenspannung und Reibung der Flüssigkeit erheblich schwächen und die anhaftende Schicht der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche zerstören, sodass sie die normale niederfrequente mechanische Bewegung nicht erreichen kann. Wirkung. Dieser Effekt ist die physikalische Grundlage für die Anwendung von Arzneimitteln durch die menschliche Haut, Schönheitsprodukten auf der menschlichen Haut, Ultraschallentgasung sowie der Nivellierung und Veredelung von Lebensmitteln und Kosmetika.
Interdiffusion
Der Druck- und Hochtemperatureffekt von Ultraschallvibration und Kavitation wird genutzt, um das gegenseitige Eindringen von Molekülen zwischen zwei Flüssigkeiten, zwei Feststoffen oder Flüssigkeit-Feststoff- und Flüssigkeit-Gas-Grenzflächen zu fördern und so neue Materialeigenschaften zu bilden. Als solche Effekte können Ultraschallschweißen von Metallen oder Kunststoffen, Ultraschallemulgieren, Reinigen, Zerstäuben klassifiziert werden.
Homogenisieren
Nachdem sich die Kavitationsblasen geschlossen haben, kann die lokale Stoßwelle die Partikel in der Flüssigkeit zerkleinern und sie fein machen. den Kristall einheitlich machen; Zerstreuen Sie die großen und ungleichmäßigen Milchtröpfchen in winzige, gleichmäßige Wirkstoffe (wie medizinische Kontrastmittel, Krebsbehandlungsmittel usw.); Es kann sogar eine Thrombolyse und andere Effekte umfassen.
Zusammenhalt
Ultraschallvibrationen können dazu führen, dass sich die suspendierten Partikel im gasförmigen und flüssigen Medium mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Phasenkollision erhöht wird. oder sie werden durch stehende Wellen zu den Schwingungsbäuchen tendiert, sodass ein Agglomerationsprozess stattfindet. In diese Kategorie fallen die Staubabscheidung im Schornstein und künstlicher Regen.
Mechanische Schneidwirkung
Aufgrund der großen Beschleunigung der Ultraschallschwingung und der Wirkung von Kavitation und akustischer Korrosion ist eine spezielle und präzise Bearbeitung harter und spröder Materialien (Edelsteine, Keramik, Glas, Magnetstahl usw.) möglich.
Zerschlagen
Durch den Einsatz hochintensiver Ultraschallimpulse können Nieren- und Gallensteine im Körper zertrümmert werden, ohne das Weichgewebe zu schädigen.
