НАПРАВЛЕННЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ  ДЛЯ ГАЗОВЫХ СРЕД: JVUOZV

Владимир Николаевич   Хмелёв; Андрей Викторович Шалунов; Сергей Николаевич  Цыганок; Александр Андреевич  Синкин

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.01.028

Авторы

Владимир Николаевич Хмелёв Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический универси-тет им. И.И. Ползунова» https://orcid.org/0000-0001-7089-3578
Андрей Викторович Шалунов Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» https://orcid.org/0000-0002-5299-9931
Сергей Николаевич Цыганок Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова https://orcid.org/0000-0001-7832-3510
Александр Андреевич Синкин Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.01.028

Аннотация

Статья посвящена созданию высокоэффективных ультразвуковых излучателей для газовых сред с увеличенным уровнем формируемого звукового давления и узкой диаграммой направленности. Необходимость создания такого излучателя определяется существованием большого числа технологических процессов, для интенсификации которых необходимо формировать направленное звуковое излучение с уровнем звукового давления более 150 дБ, на расстоянии более метра от излучателя. К сожалению, существующие ультразвуковые излучатели не обеспечивают необходимые уровни звукового давления из-за низкого акустического импеданса газовых сред, и взаимной компенсации излучения формируемого участками излучателя, колеблющимися в противофазе.

В рамках исследования была предложена конструкция излучателя, состоящая из пьезоэлектрического преобразователя и диска переменного сечения. Для формирования узкой диаграммы направленности, использования излучения тыльной стороны диска и исключения взаимной компенсации колебаний были разработаны отражатели и фазовыравнивающие конусы. Для определения характеристик созданного излучателя были проведены измерения звукового давления и диаграммы направленности при различных конфигурациях: без дополнительных устройств, с отражателем, с отражателем и фазовыравнивающими конусами.

Результаты исследования показали, что применение отражателя увеличивает уровень звукового давления на 3-3.5 дБ, а добавление фазовыравнивающих конусов позволяет достичь давления близкого к 150 дБ и уменьшить угол основного лепестка диаграммы направленности до ±4 градусов. Таким образом, предложенная конструкция существенно улучшает эффективность излучателя, направляя большую часть энергии в основной лепесток и увеличивая дальность действия ультразвукового излучения.

Библиографические ссылки

Dorovskikh, R.S., Puzhaykina, A.E., Bochenkov, A.S., Shalunov, A.V. & Nesterov, V.A. (2023). Emiters for the formation of high-intensity ultrasonic vibrations in gaseous media for various purposes: EDN: ZJSJJW. Polzunovskiy vestnik, (3), 226-237. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.03.31.

Shalunov, A.V., Nesterov, V.A., Golykh, R.N., Bochenkov, A.S., Dorovskikh, R.S. & Khmelev, V.N. (2022). Development and research of ultrasonic coagu-lator based on vortex acoustic flows: EDN: OVLXGO. Polzunovskiy vestnik, 2(4), 84-92. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.011.

Gallego-Juarez, Juan. (2010). High-power ul-trasonic processing: Recent developments and pro-spective advances. Physics Procedia, (3), 35-47. doi: 10.1016/j.phpro.2010.01.006.

Khmelev, V.N. [et al.]. (2009). Study on the ef-fectiveness of ultrasonic drying. Electronic journal "Technical acoustics". EDN: https://elibrary.ru/KYKVSB.

Khmelev, V.N. (2024). Intensification of the drying process of cotton wool using ultrasound. Polzunovskiy vestnik, (2), 193-199. doi: 10.25712/ASTU.2072-8921.2024.02.025. EDN: https://elibrary.ru/ RUBQIF.

Rodrigues-Corral, G., Rieraa, E., Gallego-Juáreza, J.A., Acostaa, V.M., Pintoa, A., Martíneza, I. & Blanco, A. (2010). Experi-mental study of defoaming by air-borne power ultrasonic technology. Physics Procedia, (3), 135-139. doi: 10.1016/j.phpro.2010.01.019.

Kostromina, E.I. & Zanina, I.A. (2018). Reduc-ing the level of smoke in escape routes during a fire in multi-storey public buildings by using ultrasonic coagu-lation. Engineering Bulletin of the Don, (1). EDN: https://elibrary.ru/XSMPYL.

Saidov, B.B. & Telezhkin, V.F. (2020). Opto-ultrasonic communication channels. Bulletin of South Ural State University, (4), 55-62. doi: 10.14529/ctcr200406.

Averin, A.P. (2008). Study of attenuation pa-rameters during ultrasonic observations. Mining infor-mation and analytical bulletin, (10). EDN: https://elibrary.ru/IFAMVN.

Maruvada, S., Harris, G.R., Herman, B.A., King, R.L. (2007). Acoustic power calibration of high-intensity focused ultrasound transducers using a radiation force technique. J. Acoust. Soc. Am. 121, 1434-1439.

Gallego-Juarez, J.A., Gaete-Garreton, L., Rodrı¬guez-Corral, G. (1978). An ultrasonic transducer for high-power applications. Ultrasonics 16, 267-271.

Yub, Je, Jong-Kyu, Park, Haksu, Lee, Dong hoon, Yi & Wonkyu, Moon. (2008). A Highly-Directional Ultrasonic Range Sensor Using a Stepped-Plate Trans-ducer. IFAC Proceedings Volumes, 15780-15785. doi: 10.3182/20080706-5-KR-1001.02668.

Rodrigues-Corral, G., Gallego-Juáreza, J.A., Acostaa, V.M. & Rieraa, E. (2010). Power ultrasonic transduc-ers with extensive radiators for industrial processing. Ultrason. Sonochemistry, 953-964. doi: 10.3182/20080706-5-KR-1001.02668.

Riera, E., Cardoni, A., Blanco, A., Acosta-Aparicio, V.M., Gallego-Juarez, J.A. (2010). Characteriz-ing the nonlinear dynamics of power ultrasonic sys-tems. In: Proceedings 39th International Congress on Noise Control Engineering, Internoise 2010, 13-16 June Lisbon, Portugal.

Ecophysics-110A Octava-Electron Design : of-ficial site. Moskow, [2006-2024]. [Retrieved July 11, 2024]. Available from: https://www.octava.info/ecophysica-110A.