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超聲波技術在20世紀五六十年代才開始在醫學領域有所應用,但隨后也有了長足的進步。目前,除醫學領域的應用外,超聲技術已經在半導體行業、光學行業、石油化工行業等方面有了成熟的應用,但主要還是利用它方向性好,穿透能力強等特點,來進行清洗工作。
超聲波技術已經成為日益重要的一種強化手段,除了上述提到的應用之外,在其他領域也有著非常出色的應用潛力有待開發。
超聲波強化冶金過程的原理:
眾所周知,冶金過程中的“三傳一反”是影響工藝效率、速度和能力的本質因素,也概括了冶金化工生產的全部過程。所謂“三傳”,指的是質量傳遞、動量傳遞和熱量傳遞,“一反”則指的是化學反應過程。如何對冶金工藝進行改良,本質上來說,應該從如何提高“三傳一反”的效率和速度入手。
從這個角度來說,超聲波技術對于質量、動量和熱量的傳遞都有著良好的促進作用,而這些促進作用主要是由于超聲波所固有的特性決定的。總結來看,超聲技術應用于冶金工藝中,會發生以下三種主要效應:
一、空化效應
空化效應是指存在于液相中(熔體、溶液等)的微氣核空化泡在聲波的作用下振動,當聲壓達到一定值時發生的生長和崩潰的動力學過程。液相中產生的微小氣泡,經理長大、破裂、泯滅過程,在氣泡機器周圍微小空間內出現熱點,從而出現高溫高壓區,促進反應的進行。
二、機械效應
機械效應是超聲在介質中前進時所產生的效應。超聲波的高頻振動及輻射壓力可形成有效的攪動與流動,使媒介指點在其傳播空間內進入振動狀態,從而加快物質的擴散及溶解過程。機械效應結合空化氣泡的振動,對固體表面產生的強烈射流及局部微沖流,能顯著減弱液體的表面張力及摩擦力,并破壞固-液界面的附面層,因而達到普通低頻機械攪動達不到的效果。
三、熱效應
熱效應是指在一定溫度下,體系在變化過程中放出或吸收的熱量。超聲波在媒介中傳播時,其能量會不斷被媒介質點吸收,從而轉化為熱能,促進反應過程的熱量傳遞。
通過超聲波技術特有的效應,可以有效提高冶金過程中的“三傳一反”效率和速度,提升礦物活性,減少原料用量,縮短反應時間,從而達到節能降耗的目的。
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