Ускорение научнотехнического прогресса может считаться важнейшей чертой двадцатого века. Примером том> является развитие научных знаний в области ультразвуковых колебаний, технических и технологических приложений, направленных на использование ультразвука в практической деятельности человека. Чуть более полувека прошло с начала исследований в области ультразвуковых колебаний, а в активе человечества - десятки высокоэффективных ультразвуковых технологий, в том числе, закалки. л>жения и пайки металлов, предотвращения накипи на теплообмснных поверхностях, сверления хрупких и особо твердых материалов, сулики термолабильных веществ, пол>чения эмульсий и сверхтонких суспензий, диспергирования красителей, сварки металлов и поли.\1еров. мойки, очистки деталей без применения горючих и токсичных растворителей. Практически невозможно описать все методы и системы ультразвуковой диагностики заболеваний, томографии, неразр>шаюшего контроля изделий и технологических параметров производств. Только в США более 100 фирм производят и ocymecTBjTflTOT внедрение ультразвукового технологического оборудования с мощностью ультразвуковых приборов от 10 ватт до 10 кВт. В нашей стране до 90 - х годов активная разработка, изготовление и внедрение ультразвуковых технологий в народное хозяйство осуществлялась десятками на\-чно - производственньгх центров, научное и методическое обеспечение которыми ослществлялось Акустическим институтом АН СССР.

Вместе с тем, отмеченные вьппе достижения ультразвтаовых технологий за исключением медико-диагностической направленности до настоящего времени почти не известны и не исполъзчтотся в практической и бытовой деятельности жителей страны. Пртин том\ несколько. Во-первых, до недавнего времени ультразвуковые приборы и агрегаты изготовлялись из электронных компонентов низкой степени интеграцш!, а излучающие элементы и волноводы представляли собой сложные конструкции. В силу необходимости стабилизации множества параметров работы электронной схемы генератора у.льтразвука, последние представляли собой ненадежные устройства, настройка и эксплуатация которых требовала уси.тий специалистов высокой кватификации. Наконец, мощные генераторы ультразвутсовых колебаний во время работы создавали вокруг себя паразитные изтучения. последствия воздействия которых на человека бьши мало изучены. Во-вторых, в силу сложности и высокой стоимости ультразвуковых приборов их использование развивалось то;Тько в техническом (промышленном) направлении, а

бытовое применение ультразвуковых технологий до 90 годов практически не рассматриватось.

Ситуация изменилась с появлением мопшых высокочастотных транзисторов и пьезоэлектрических керамических материалов, на основе которых стало возможным создание малогабаритных, надежных, просты.х в эксплуатации и 4emeBbLx ультразв\-ковых генераторов и из.тучателей. С другой стороны, рыночная .модель эконо.мики стимулировала появления множества малых предприятий по переработке растительного сьфья и обработке материалов, успешная деятельность которых впрямую зависит от эффективности используемых технологий. Названные выше приданы и множество других и стимулировати развитие нового поколения ультразвуковых систем, которые полушли название многофункциональных ультразвуковых преобразователей. И, наконец, отметим еше один важнейший фактор, обеспечивающий широкое внедрение передовых технологий в жизнь и быт человека. Фактор этот, до недавнего времени в управлении научно-техническом прогрессом практически не учитывался, да и в настоящее вре.мя используется, как правило, в форме активной (часто навязчивой) peKjiaMbi, хотя имеет неоцени.мос значение при внедрении новых методов, способов и научных и технических достижений в обиходную жизнь человека. Мы говорим о непрерывном образовании человека, как процессе представления новых знаний, формирования уменш! и навыков использования разработанных передовых технологий с целью повьипения благосостояния человека и снижения риска вредных последствий интенсификации производственных процессов. В этой связи предаагаемая читателю монография, которую можно охарактеризовать, как научно-производственное издание, имеет ряд несомненных достоинств. Во - первых, она написана aBTopaNm -специалистами в рассматриваемой области знаний. Кандидат технтеских наук Б.Н. Хмелев - признанный авторитет в области ультразвуковых технологий, автор концепции прилгенения ультразвука лтя интенсификации процессов в сельском хозяйстве, обработке материатов и быту и в условиях матых предприятий. Он является научньсм руководителем лаборатории акустических процессов и аппаратов Бийского технологического института Алтайского Государственного технического университета им. И.И. Ползунова и автором семейства .\шогофунк1шональных малогабаритных ультразвуковых аппаратов, предназначенных для широкого применения в промышленных и бытовых приложениях. Существенную помощь в достижении этой цели окажет вторая часть работы, в которой приведены многочисленные рекомендации по применению УЗ-технологий в приготовлении соков, эл1ульсий, смесей, засолке мяса, рыбы, экстракции, сваривании линолеума, обезжиривании,

сверлении отверстий в хрупких материалах и пр. При этом, читатель познакомится с устройством и техническими характеристиками многофункциональньп УЗ-приборов, вьшускаемых серийно, что убедит его в высоком качестве изделий и технологий и позволит осуществить обоснованный выбор прибора из предлагаемого ряда для реалюации своей цели. Кроме того, приводимые в книге сведения несомненно будут полезны при эксплуатации приборов.

Кандидат педагогических наук, Попова ОВ. - признанный специатист в области непрерывного экологического образования. Разработанная Поповой О.В. модель взаимодействия окружающей среды и человека в процессе выполнения последним некоторой производственной функции позволяет объективно оценить влияние технических решений на экологическое состояние региона и здоровье человека. Эта модель была использована и при исследовании влияния предсказанных и прочих эффектов на экологическое состояние окружающей природной системы. На основе экспериментатьньп и литературных данных в работе показана возможность экологической безопасности матогабаритных многофункциональньп УЗ систем, а также обосновано максимально эффективное использование ресурсов при интенсификации получения целевых продуктов УЗ методами.

Подведем некоторые итоги. Одним из перспективны! физических методов воздействия на вещества для интенсификации технологических процессов является метод, основанный иа использовании механических колебаний ультразвукового диапазона - так называемых ультразвуковых (УЗ) колебаний. Наиболее успешно УЗ колебания используются в процессах, связанных с жидкими состояниями реагентов, поскольку только в них возникает специфический процесс - УЗ кавитация, обеспечивающий максиматьные энергетические воздействия на различные вещества. Воздействие УЗ колебаний на различные технологические процессы в жидких средах позволяет: не менее чем в 10.... 1000 раз ускорить процессы, протекающие между двумя или несколькими неоднородными средами (растворение, очистку, обезжиривание, обезгаживание, крашение, измельчение, пропитку, эмульгирование, экстрагирование, кристатлизацию, полимеризацию, предотвращение образования накипи, гомогенизацию, эрозию, химические и электрохимические реакции и др.); увеличить выход полезньп продутсгов (например, экстрактов) и придать им дополнительные свойства (например, биологическую активность и стерильность); получить новые вещества (например, тонкодисперсные эмульсии и суспензии, а также реализовать технологические процессы, не реатизуемые традиционными методами; обеспечить размерную обработку (сверление, снятие фасок.

Научный редактор издания, д.т. н., профессор

Титаренко Ю.И.

ГЛАВА 1. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ФАКТОРЫ И ОСОБЕННОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Ультразвуковые колебания - это уп{ие, механические колебания с частотой выше порога слышимости человеческого уха (более 20 Кгц или 2000(J колебаний в секунду), распросграняюпщеся в различных материальных средах и используемые для воздействий на жидкие, твердые и газообразные вещества [1,2,3,4].

Получение механических колебаний ультразвутсовой частоты осуществляется с помощью специальных пьезокерамических материалов, способных изменять свои геометрические размеры под действием прикладьтаемого к ним переменного высокочастотного электрического напряжения [ 5 ]. При приложении к граням пластины, выполненной из пьезоэлектрического магериала, переменного электрического напряжения, последняя совершает колебашш, следуя изменениям приложенного электрического поля. Грани пластины движутся одна относительно друтой, а при соприкосновении со средой, передают в нее ультразвуковые колебания. Вьшолненные из пьезоэлектрических материалов пластины специальной формы составляют основу ультразвуковых

колебательных систем [6j, обеспечивающих не только преобразование электрических колебаний в упругие механические, а такж£ их усиление и передачу в рабочие инструменты, находящиеся в непосредственном контакте с обрабатываемыми средами.

При распространении ультразвуковых колебаний в среде возникают чередования сжатия и разряжения, причем амплитуда сжатия всегда соответствует амплитуде разряжения, а их чередование соответствует частоте ко-тебаний ультразвуковой волны. Это явление называется у.пьтразвуковым давлением [7] .

Рабочий инструмент ультразвуковой колебательной системы не только приводит в движение прилегающие к нему частицы обрабатываемой среды относительно положения их равновесия, но и вызывает постоянное их смещение, называемое ультразвуковым ветром [ 8 ].

Ультразвуковой ветер проявляется в виде сильных течешш, приводящих к перемешиванию средьг Этот эффект представляет существенный интерес, так как известно, что перемешивание в значите.1п.ной мере ускоряет \[ногие технологические процессы.

выполнение пазов) хрупких и твердых материалов, не обрабатываемых традиционньши методами (стекло, самоцветы, ферриты и т.п.), также интенсифищфовать многие щюцессы (сварку металлов и полимерных материалов, склеивание и др.).

Высокая эффективность УЗ воздействий ка различные технологические процессы подтверждена многочисленными

исследованиями и опытом более чем тридцатметнего применения на ряде предприятий различных отраслей промьпплениости. Несомненные достоинства УЗ колебаний должны были обеспечить их широчайшее использование при решении сложных проблем современных производств, предназначенных для выпуска конкурентоспособной продукции. Однако, в настоящее время УЗ техника практически не используется из-за высокой стоимости, узкой специализации и низкой эффективности разработанных ранее крупногабаритных промышленных установок, практически полного отсутствия малогабаргошьп высокоэффективных УЗ аппаратов для современных малых и средних производств, сельского хозяйства, бытового обслуживания, и полного отсутствия УЗ аппаратов индивидуального бытового применения. Эту проблему решает представленное в монографии семейство малогабаритных, многофункциональных ультразвуковых приборов. Высокая эффективность реализуемого аппаратов ультразвукового воздействия, простота в эксплуатации, малые габаритные размеры и низкая стоимость, позволяют надеяться на их широкое применение для интенсификации различных технологических процессов в условиях современных малых производств, сельского хозяйства, бытового обслуживания и в домашнем хозяйстве.

Развитие УЗ техники и технологии сдерживается также низкой информированностью потребителей об эффективности УЗ воздействий и отсутствием методических рекомендаций, учитьшающих особенности применения УЗ технологий в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве. Настоящее пособие призвано ознакомить потребителя с устройством, принципом работы, особенностями эксплуатации и дать практические рекомендации по применению многофункциональных ультразвуковых аппаратов нового типа. Оно может быть также полезно технологам по переработке растительного сырья, в том числе, специатьности "биотехнология", "фармакология", технологам по размерной обработке твердых и хрупких материалов, а также специалистам в области сопровонедения сложной бытовой техники и всем, кто желает эффективно использовать ультразвуковые приборыв бьпу.