Системы анализа и обработки данных

Исследование влияния толщины слоя жидкости на частотные характеристики колебательной системы

Выпуск № 3 (76) Июль - Сентябрь 2019

Авторы:

Хмелев Владимир Николаевич,

Шалунов Андрей Викторович,

Генне Дмитрий Владимирович,

Барсуков Роман Владимирович,

Нестеров Виктор Александрович

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1814-1196-2019-3-97-114

Скачать полный текст

Аннотация
Авторы
Список литературы
Благодарности. Финансирование

Аннотация

Ультразвуковое распыление жидкостей позволяет получать аэрозоли с высокими потребительскими характеристиками. По этой причине ультразвуковое распылительное оборудование находит применение во многих областях науки (создание новых веществ, распылительная сушка), медицины (напыление антикоагулянта в пробирки для забора крови, напыление препаратов на коронарные стенты) и техники (напыление фоторезиста при производстве полупроводников, напыление различных чувствительных и защитных покрытий).

Известно, что любое воздействие на рабочий инструмент ультразвуковой колебательной системы приводит к изменению ее характеристик (в частности, к изменению резонансной частоты). Контролируя изменения характеристик ультразвуковых распылительных систем, можно определить объем распыляемой жидкости (присоединенной массы) на поверхности рабочего окончания. Кроме резонансной частоты, «присоединенная масса» оказывает влияние на другие характеристики распылительной ультразвуковой колебательной системы, такие как фазочастотная характеристика, сопротивление на частоте резонанса и «антирезонанса». Всё это позволяет не только определять толщину распыляемого слоя, но и дает возможность определения свойств самой распыляемой жидкости, т. е. своеобразная идентификация жидкости. Получение и обработка подобной информации позволит в будущем автоматически производить тестирование распыляемой жидкости с последующим автоматическим выбором оптимального режима.

В связи с этим актуальным является разработка методов косвенного контроля свойств распыляемых веществ, создание алгоритмов и методик, позволяющих автоматизировать процесс контроля ультразвукового распыления. Статья посвящена разработке научных основ автоматизации процесса ультразвукового распыления за счет разработки косвенного контроля толщины (массы) слоя распыляемой жидкости на рабочей поверхности ультразвуковой колебательной системы.

Ключевые слова: оптимальный слой, ультразвуковое распыление, аэрозоль, капиллярные волны, изменение резонансной частоты, средняя толщина слоя распыляемой жидкости, присоединенная масса, рабочий инструмент

Список литературы

1. Ramisetty K.A., Pandit A.B., Gogate P.R. Investigations into ultrasound induced atomization // Ultrasonics Sonochemistry. – 2013. – Vol. 20. – P. 254–264.

2. Berger H.L. Ultrasonic liquid atomization. – Hyde Park, NY: Partridge Hill Publishers, 1998.

3. Экнадиосянц О.К. Получение аэрозолей // Физические основы ультразвуковой технологии / под ред. Л.Д. Розенберга. – М.: Наука, 1970. – С. 337–395.

4. Spray coating for MEMS, NEMS and micro systems / B. Wieder, C. Brubaker, T. Glinser, P. Kettner, N. Nodes // Pacific Rim Workshop on Transducers and Micro/Nano Technologies. – Xiamen, China, 2002. – P. 135–138.

5. High-frequency ultrasonic atomization with pulsed excitation / A. Lozano, H. Amadeva, F. Barreras, X. Jorda?, M. Lozano // Journal of Fluids Engineering. – 2003. – Vol. 125. – P. 941–945.

6. Using ultrasonic atomization to produce an aerosol of micron scale particles / T.D. Donnelly, J. Hogan, A. Mugler, M. Schubmehl, N. Schommer, A.J. Bernoff, S. Dasnurkar, T. Ditmire // Review of Scientific Instruments. – 2005. – Vol. 76. – P. 113301-1–113301-10.

7. Новицкий Б.Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах (процессы и аппараты химической и нефтехимической техники). – М.: Химия, 1983. – 192 с.

8. Shalunov A.V. Khmelev V.N. Smerdina E.S. The cavitation spraying of the viscous liquids // International Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2006: workshop proceedings. – Novosibirsk: NSTU, 2006. – P. 269–273.

9. An experimental study of micron-scale droplet aerosols produced via ultrasonic atomization / T.D. Donnelly, J. Hogan, A. Mugler, N. Schubmehl, M. Schommer, A.J. Bernoff, B. Forrest // Physics of Fluids. – 2004. – Vol. 16 (8). – P. 2843–2851.

10. Sindayihebura D., Dobre M., Bolle L. Experimental study of thin liquid film ultrasonic atomization. High speed photography of ultrasonic atomization / B. Howard. – Brown university, 2010. – 39 p.

11. Макаров Л.О. Акустические измерения в процессах ультразвуковой технологии. – М.: Машиностроение, 1983. – 56 с.

12. Теумин И.И. Ультразвуковые колебательные системы. – М.: Машгиз, 1959. – 331 с.

13. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. – М.: Энергия, 1976. – 318 с.

14. The system of checking and operating power of ultrasonic technological apparatus / A.V. Shalunov, V.N. Khmelev, R.V. Barsukov, A.N. Slivin, S.N. Tchyganok // Siberian Russian Student Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2001: workshop proceedings. – Novosibirsk: NSTU, 2001. – P. 54–55.

15. Adjusting and Calibration Electronic Ultrasonic Generators / A.V. Shalunov, V.N. Khmelev, R.V. Barsukov, S.N. Tchyganok, V.N. Steer, A.N. Lebedev // Siberian Russian Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2003: workshop proceedings. – Novosibirsk: NSTU, 2003. – P. 202–204.

16. Донской А.В., Келлер О.К., Кратыш Г.С. Ультразвуковые электротехнологические установки. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 208 с.

17. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. – Л.: Энергия, 1972. – 816 с.

18. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во стандартов, 1982. – 248 с.

19. Theoretical and experimental study of transducers aimed at low-frequency ultrasonic atomization of liquids / D. Sindayihebura, L. Bolle, A. Cornet, L. Joannes // Journal of the Acoustical Society of America. – 1998. – Vol. 103. – P. 1442–1448.

20. Балдев Р., Раджендран В., Паланичами П. Применения ультразвука. – М.: Техносфера, 2006. – 576 с.

21. Measuring instrument of impedance characteristics of the ultrasonic vibrating systems / V.N. Khmelev, R.V. Barsukov, D.V. Genne, E.V. Ilchenko // 19th International Conference on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM 2018: workshop proceedings. – Novosibirsk: NSTU, 2018. – P. 347–349.

Для цитирования:

Исследование влияния толщины слоя жидкости на частотные характеристики колебательной системы / В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, Д.В. Генне, Р.В. Барсуков, В.А. Нестеров // Научный вестник НГТУ. – 2019. – № 3 (76). – С. 97–114. – DOI: 10.17212/1814-1196-2019-3-97-114.

For citation:

Khmelev V.N., Shalunov A.V., Genne D.V., Barsukov R.V., Nesterov V.A. Issledovanie vliyaniya tolshchiny sloya zhidkosti na chastotnye kharakteristiki kolebatel'noi sistemy [Investigation of the thickness effect of a sprayed liquid layer on the frequency characteristics of an oscillatory system]. Nauchnyi vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta – Science bulletin of the Novosibirsk state technical university, 2019, no. 3 (76), pp. 97–114. DOI: 10.17212/1814-1196-2019-3-97-114.

Просмотров: 1954

СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Исследование влияния толщины слоя жидкости на частотные характеристики колебательной системы