Том 335 № 11 (2024)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2024/11/4441
Обоснование и реализация метода управления толщиной слоя в процессе ультразвукового распыления
Актуальность исследования обусловлена необходимостью развития и широкого применения для решения актуальных задач современной промышленности ультразвукового способа распыления, обладающего уникальными достоинствами. В частности: минимальными, из всех известных способов, энергозатратами на реализацию процесса, возможностью формирования мелкодисперсных капель без использования газа под давлением, регулирования дисперсности формируемого аэрозоля параметрами излучателя и др. Однако для широкого практического применения ультразвукового способа распыления необходимо обеспечение условий распыления с задаваемой дисперсностью и производительностью. В связи с этим возникает необходимость разработки способа контроля и поддержания необходимой и достаточной толщины слоя жидкости на поверхности пьезоэлектрического преобразователя распылителя, распыление которой обеспечит, при заданной производительности распыления, формирование аэрозоля с наименьшим отклонением размеров формируемых капель относительно среднего значения. Контроль толщины слоя жидкости предложено осуществлять путем выявления зависимости резонансной частоты пьезоэлектрического преобразователя распылителя от толщины пленки жидкости на колеблющейся поверхности распылителя. Цель: разработка способа и средств контроля толщины слоя распыляемой жидкости по изменению резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы и поддержания оптимального значения толщины слоя путем изменения амплитуды колебаний поверхности ультразвукового распылителя. Объекты: процесс распыления жидкостей ультразвуковыми высокоамплитудными колебаниями. Методы: получение частотных характеристик ультразвуковых колебательных систем, анализ изменений амплитудно-частотных характеристик колебательных систем и выявление критериев, позволяющих контролировать и управлять процессом ультразвукового распыления. Результаты. Предложен и разработан способ косвенного контроля толщины слоя распыляемой жидкости на колеблющейся поверхности ультразвукового распылителя, основанный на измерении резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы. Возможность реализации способа и его практического применения обусловлена тем, что в рабочем диапазоне толщин слоя распыляемой жидкости изменение резонансной частоты может достигать 100 Гц, и при точности измерения частоты в 1 Гц точность определения толщины слоя составит не более 2 % от рабочей толщины слоя. Выявленные зависимости и определенные значения возможных диапазонов изменений контролируемого параметра позволили впервые разработать способ автоматического управления процессом ультразвукового распыления, обеспечивающий поддержание оптимальных режимов ультразвукового воздействия (амплитуда колебаний распылительной поверхности) и толщины слоя распыляемой жидкости.
Ключевые слова:
ультразвуковое распыление, аэрозоль, капиллярные волны, резонансная частота, ультразвуковая колебательная система