超声凝聚

（1）超声凝聚的基本原理与特点

当超声通过有悬浮粒子的流体媒质时，悬浮粒子开始与媒质一起振动，但二者的振幅和相位均不相同。由于大小不同的粒子具有不同的相对振动速度，粒子将会相互碰撞、黏合，体积和重量都变大。继而由于粒子变大不能跟随声振动运动，而是做无规则运动，继续碰撞、黏合、变大，最后沉降下来，这就是超声凝聚的大体过程。

超声凝聚主要取决于粒子间的相对运动。另外，在声场中还存在一些促使粒子互相靠近的恒定力，例如声辐射力、斯托克斯黏滞力，使粒子向声源移动；由于大振幅畸变引起的奥星（Oseen）力以及使两粒子间相互吸引的伯努利（Bernulli）力等都会促进粒子的靠近和碰撞。

（2）影响超声凝聚的主要参量

影响超声凝聚的主要参量有超声功率、位移振幅、频率和作用时间等，下面分别进行讨论。

①位移振幅。位移振幅与凝聚中粒子沉降时间、凝聚颗粒大小成正比关系。即位移振幅越大，凝聚过程越快，凝聚成的颗粒越大，见表8-5。表中，为粒子的原始质量，M为超声照射后粒子的质量，超声照射时间为1min。

表8-5凝聚过程与位移振幅的关系

② 振动频率。凝聚过程中，如果频率过低，粒子就会完全跟着介质振动，无法沉降而凝聚；如果频率过高，粒子的振幅就会减小，导致凝聚粒子半径变小，沉降时间加长，影响凝聚效率。对于存在于气体或者是液体中的非均质悬浮粒子，都有一个最佳振动频率值，使粒子具有更多的碰撞机会，得到较好的凝聚效果。这一最佳值一般是由实验确定。

③ 时间因素。超声凝聚与超声作用的时间有关，其他条件不变，作用时间越长，粒子沉降速度越快，质量比越大。

④ 超声功率。凝聚与超声功率有很大关系，其他因素相同，高声强作用可在较短的时间取得较好的凝聚效果，低声强则需要较长时间才能得到相同的效果。

此外，超声凝聚还与粒子的大小、性质和浓度有关。凝聚速度大致与粒子的浓度成正比。在实际中，浓度太小时，人们往往加进其他粒子如尘埃作为凝聚核。对于某些气体悬浮粒子来说，加进水雾滴可以提高超声凝聚的效果。

（3）超声凝聚的应用

现实中，很多时候要将气体内悬浮的固体微粒、液滴去除，这用一般方法很难做到。利用超声凝聚作用可以将悬浮于气体中99%的微粒或雾滴沉降下来，这在工业上有很大的实用价值。例如，可以回收一些很有价值的材料，在食品工业中可以用来去除食品或饮料中的悬浮粒子，或使乳化液破乳等。

在工业应用中，常遇到含有不同大小的悬浮粒子的介质。要有效地将各种大小的粒子沉降析出，可以在介质运动的路径中安装多个不同频率的超声振动装置，使大小不同的粒子都能被沉降下来。