超聲波防除垢主要利用超聲波的超聲空化效應(yīng)達(dá)到除垢效果。超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí),會(huì)立即產(chǎn)生大量空化氣泡,這些氣泡由于壓力的急劇變化會(huì)迅速膨脹,突然破裂時(shí)將會(huì)產(chǎn)生局部短時(shí)高溫和高壓,這些能量足以破壞成垢的條件,使成垢雜質(zhì)被粉碎而懸浮在液體之中。同時(shí)氣泡破裂時(shí)在其周?chē)a(chǎn)生的強(qiáng)烈局部沖擊波及高速射流,能強(qiáng)烈地沖刷垢件表面,使水垢難以在其表面附著及長(zhǎng)大,還能對(duì)已存在的垢層起到清洗作用。此外,超聲波通過(guò)空化作用能促使水分子裂解,增大水的溶解能力,在溶液中形成大量的小沉淀顆粒,消除了溶液的過(guò)飽和度,從而緩解固體表面的成垢壓力。但并非超聲波在液體中產(chǎn)生的氣泡都能產(chǎn)生明顯的空化作用,只有當(dāng)空化泡的自然共振頻率與超聲波頻率相等時(shí),超聲波與空化泡之間才能達(dá)到最有效的能量耦合。超聲波頻率較低時(shí),空化泡少但直徑大,生長(zhǎng)、崩潰過(guò)程較明顯,空化核能在稀疏階段達(dá)到共振而發(fā)生強(qiáng)烈振蕩,瞬間崩潰,空化強(qiáng)度會(huì)更加強(qiáng)烈。高頻超聲波作用時(shí),聲波膨脹相時(shí)間變短以致空化核來(lái)不及增長(zhǎng)到可產(chǎn)生空化的空化泡,使空化強(qiáng)度明顯減弱。
(1)超聲波具有明顯的除垢作用,不同頻率超聲波,聲場(chǎng)及聲強(qiáng)分布不同,除垢范圍及除垢效率也不同。
(2)同一超聲波頻率下,換能器中心垂直方向0°角處除垢效率最高,隨著角度向兩邊發(fā)散,除垢效率逐漸降低。不同頻率下,頻率越高,換能器中心垂直方向處的除垢效率越高,其中頻率為40kHz時(shí),此處的除垢效率最高,達(dá)91.11%。
(3)隨著頻率的增高,有效除垢范圍逐漸縮小,并向換能器中心垂直方向集中,其中發(fā)生器頻率為20kHz時(shí),有效除垢范圍最大。這也為實(shí)際工程中合理組合利用不同頻率超聲波的有效除垢范圍,盡可能地提高除垢效率,提供了參考依據(jù)。