Funguje ultrazvuková nebulizácia?

Relevantné štúdie sa domnievajú, že ultrazvuková atomizácia je proces použitia ultrazvukovej energie na výrobu tekutej formy jemných kvapôčok v plynovej fáze, to znamená, že ultrazvukové vlny sa generujú na povrchu vibračnej kvapaliny a vibračný vrchol zložený z amplitúdy oddeľuje a zlomí kvapôčky z povrchu. Ako ultrazvuková frekvencia zvyšuje, atomizované kvapôčky sa stávajú tenšími a jemnejšie. Všeobecne platí, že pri pôsobení ultrazvukovej vibračnej frekvencie je možné získať jemné kvapôčky. Okrem toho môže ultrazvukové frekvenčné pole odstrániť alebo riediť hraničnú vrstvu teploty v blízkosti povrchu prenosu tepla, čím podporuje prenos tepla.

Používajú sa rôzne typy atomizačných procesov, ktoré možno klasifikovať podľa účinku prenosu energie na atomizáciu povrchu kvapalného filmu. Mechanické alebo tradičné atomizačné procesy, ako je atomizácia dvoch kvapalín, atomizácia tlaku a atomizácia rotačného disku, používajú mechanickú energiu na tlak alebo zvýšenie kinetickej energie kvapaliny tak, aby sa mohla rozložiť vo forme kvapôčok. Tieto procesy vyžadujú viac energie a nemajú žiadnu kontrolu nad konečnou veľkosťou a rýchlosťou vysunutia kvapôčok.

Na rozdiel od tradičnej atomizácie môže byť účinnejšia a vyžaduje len prenos elektrickej energie do piezoelektrického prevodníka, aby sa tryska rezonovala. Kvapôčky nemajú žiadne pohyblivé časti, na vytvorenie kvapôčok sa používajú iba mechanické vibrácie generované dodávanou elektrickou energiou. Keďže nie je potrebná žiadna dodatočná energia, distribúcia veľkosti kvapôčok môže byť lepšie kontrolovaná.

Stanovili sa priemerné priemery kvapôčok generovaných kapilárnymi vrcholmi pri frekvenciách nútených vibrácií 10 – 800 kHz pre rôzne pracovné kvapaliny (vrátane vody, oleja a roztaveného vosku) a vzťah medzi priemernými priemermi kvapôčok. dp = 0,34*8π / ρf2

Kapilárne vlny a účinky kavitácie

Generovanie ultrazvukovej atomizácie je založené na efekte kapilárnej vlny a kavitácii. Pri pôsobení na atomizačnú hlavu s frekvenciou 20 KHz s nižším výkonom sa pozoruje, že na povrchu atomizujúcej hlavy je pravidelná štruktúra podobná mriežke s rovnakým počtom píkov a žľabov na jednotku plochy, nazývaných kapilárne vlny. Tento nízky príkon spôsobuje narušenie povrchu bez skutočného vysunutia kvapôčok.

Kavitácia je mikroskopický jav, ktorý nie je možné priamo pozorovať na povrchu atomizujúcej hlavy voľným okom. Dva rôzne typy kvapôčok boli nájdené prostredníctvom časozberu kamery, a to takmer sférické kvapôčky a pruhy, s pruhmi s vyššou rýchlosťou a takmer sférickými kvapôčkami s menšou rýchlosťou, kde je možné identifikovať prítomnosť kavitácie.

Tvorba dutín v blízkosti povrchu rozprašovača a v kvapalnom filme a následné zrútenie týchto dutín vedie k lokálnemu uvoľneniu veľkého množstva energie; preto v porovnaní s nízkymi rýchlosťami vysunutia pozorovanými v prípade kvapôčky vyvolanej šírením kapilárnej vlny účinok kavitácie výrazne zvyšuje rýchlosť vysunutia kvapôčok. Zároveň sa povrchová plocha obsadená kvapalinou na špičke atomizujúcej hlavy znižuje, keď sa zvyšuje frekvencia rozprašovača, čo sťažuje zachytenie kapilárnych vĺn na povrchu.