Ultraääni ruoanjalostustekniikka

Ultraäänienergia vaikuttaa väliaineeseen aiheuttaen massapisteen nopean ja hienon värähtelyn aiheuttaen muutoksia mekaanisissa suuruuksissa, kuten nopeudessa, kiihtyvyydessä, äänipaineessa ja äänen voimakkuudessa, aiheuttaen siten mekaanisia vaikutuksia. Ultraääniaallot ovat mekaanisen energian etenemismuoto, joka liittyy aaltoprosessiin ja tuottaa tärinän lineaarisen vaikutuksen. Kun ultraääni aalto leviää väliaineessa, hiukkasten siirtymisen amplitudi on pieni, mutta ultraäänen aiheuttama kiihtyvyys on erittäin suuri.

Jos 20 kHz: n ja 1 W / cm2: n ultraääniaalto leviää vedessä, syntyvä äänenpaineen amplitudi on 173 kPa, mikä tarkoittaa, että äänenpaineen amplitudi muuttuu 20000 kertaa positiivisen ja negatiivisen välillä 173 kPa sekunnissa, ja suurin massapiste. Nopeuteen 1440 km / s2, noin 1500-kertaisesti painovoiman kiihtyvyyteen, tällainen dynaaminen ja nopeasti muuttuva mekaaninen liike on voiman ultraäänen mekaaninen värähtelyvaikutus.

ultraääni kavitaatio

Kun ultraääniväliaine ei ole yhtenäinen kerrostettu väliaine (kuten biologinen kudos, ihmiskeho jne.), Jokaisen väliainekerroksen akustinen impedanssi saa siirretyt ääniaallot heijastamaan ja muodostamaan seisovan aallon. Seisovien aaltojen ja solmujen antinoidit aiheuttavat painetta ja jännitystä. Ja muutokset kiihtyvyydessä. Koska erilaisten väliainehiukkasten (kuten biomolekyylien) massa on erilainen, paineen muutoksen aiheuttama värähtelynopeus on erilainen, ja väliainepartikkelien välisen suhteellisen liikkeen aiheuttama paineen muutos on toinen syy ultraäänimekaaniseen vaikutukseen. Ultraäänen mekaaniset vaikutukset tulisi käsitellä (puhkaisu, leikkaaminen, tiivistäminen, pinnan lujittaminen, hitsaus, puhdistus, kiillotus ja epätoivottujen kalvojen ja lian poistaminen) sekä nopeutettu leviäminen, homogenointi, emulgointi ja hienonnus. Muut prosessit, kuten sterilointi.

Ultraäänen mekaanista vaikutusta on käytetty laajasti tuotannossa. Tässä muutamia esimerkkejä:

Mekaaninen sekoittaminen

Ultraääni korkeataajuinen tärinä ja säteilypaine voivat muodostaa tehokkaan sekoituksen ja virtauksen kaasussa ja nesteessä. Kiinteälle pinnalle kavitaatiokuplan tärinän aiheuttama voimakas suihku ja paikallinen mikrohuuhtelu voivat vähentää merkittävästi nesteen pintajännitystä ja kitkaa ja tuhota kiinteän aineen ja nesteen rajapinnan rajakerroksen saavuttaen siten matalataajuisen mekaanisen sekoituksen. vaikutus. Tämä rooli on fyysinen perusta lääkkeiden, ihon ohjaamista kauneudenhoitotuotteiden, ultraäänipuhdistuksen, ruoan ja kosmetiikan sekä hienosäätön käyttöön.

Keskinäinen diffuusio

Ultraäänivärähtelyä ja kavitaatiopainetta sekä korkean lämpötilan vaikutusta käytetään edistämään molekyylien keskinäistä tunkeutumista kahden nesteen, kahden kiintoaineen tai neste-kiinteä ja neste-kaasu-rajapintojen välille uusien materiaaliominaisuuksien muodostamiseksi. Tällaisille vaikutuksille voidaan katsoa metallin tai muovin ultraäänihitsaus, fakoemulsifikaatio, puhdistus ja sumutus.

homogenointi

Kavitaatiokuplan sulkemisen jälkeen muodostettu paikallinen iskotaalto voi jauhettaa nesteessä olevat hiukkaset hienommaksi; tee kide yhtenäiseksi; levitä suurempia ja epätasaisia emulsiopisaroita pieniksi yhtenäisiksi aineiksi (kuten lääketieteellisiksi varjoaineiksi, syövän hoitoaineiksi jne.). Se voi sisältää jopa verihyytymien poistumisen vaikutukset.

koheesio

Ultraäänivärinä voi saada kaasun ja nestemäisen väliaineen suspendoituneet hiukkaset liikkumaan eri nopeuksilla lisäämällä törmäysmahdollisuuksia; tai käyttämällä seisovia aaltoja saadaksesi ne yleensä olemaan antinodilla, niin että hyytymisprosessi tapahtuu. Pölynkeruu ja keinosateet voivat olla tämän tyyppisiä.

Mekaaninen leikkaus

Ultraäänivärähtelyn voimakkaan kiihtyvyyden ja kavitaation syövyttävän vaikutuksen vuoksi sitä voidaan erityisesti käsitellä koville ja hauraille materiaaleille (jalokivet, keramiikka, lasi, magneettinen teräs jne.).

nasta

Korkean intensiteetin ultraäänipulsseja voidaan käyttää munuaiskivien ja sappikivien murskaamiseen ihmiskehossa vahingoittamatta pehmytkudosta.