Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

ная, или 5-волна. Характерно отметить, что скорость распро­ странения поперечных волн меньше скорости продольных волн

Lnp ---

— % у Т .

Сп

Ультразвуковые волны распространяются тем прямолиней­ нее, чем меньше длина волны. Эту особенность используют в де­ фектоскопии, фиксируя отраженные от препятствия волны. У края препятствия наблюдается дифракция ультразвуковых волн.Характер прохождения ультразвуковой волны через границу раздела двух сред зависит от свойств этих сред и от угла рас­ пространения волны к поверхности их раздела.

Количество энергии в отраженной ударной волне зависит от свойств сред. Основным свойством, определяющим характер отражения, является волновое сопротивление среды, представ­ ляющее собой произведение скорости звука в данной среде с (см/с) на плотность р (г/см3). Чем меньше разность волнового сопротивления, тем больше энергии передается из одной среды в другую. При нормальном движении волны к границе раздела сред количество энергии Е в отраженной волне без учета потерь определяют по формуле (V—4)

где Ео— энергия падающей волны.

Отношение Е к Е0 — коэффициент отражения. На рис. 219 представлена зависимость коэффициента отражения на границе двух сред от отношения акустических сопротивлений этих сред.

В практике приходится отделять источник ультразвука от облучаемого материала. С этой целью изготовляют различные мембраны. Эффективность пропускания звуковых волн зависит

R

Рис. 219. Зависимость коэффициента отражения R от отношения акустиче­ ских сопоставлений двух сред т.

490

не только от толщины, но и от свойств материала мембраны. Поэтому часто пользуются коэффициентом т, представляющим собой отношение акустических сопротивлений мембраны и ок­ ружающей среды. Совершенно очевидно, что при приближении т к единице пропускание ультразвуковых волн увеличивается:. В табл. 123 приведен коэффициент т для некоторых материалов при условии, что второй средой является вода,

Т а;б л и ц а ,123

При прохождении ультразвуковой волны через границу раз­ дела двух сред под углом 6г возникает преломление волн, при­ чем угол преломления 02 можно найти из соотношения

sinOj с1

(V-6)

sin02 с2

Предельный угол падения находят из условия, что полное внутреннее отражение волны наблюдается, если 02^> 90°,

Для границ раздела жидкость — твердое тело угол падения около 15° является предельным, т. е. если угол падения будет больше 15°, то передачи энергии в другую среду не произойдет.

Распространение ультразвуковых волн в среде сопровожда­ ется потерями на рассеивание [6], которые внешне проявляются в повышении температуры среды (табл. 124).

П р м м е ч а н и е . П р о д у к т ы о б р аб аты вал и у л ь т р а зв у к о м .

491

Как видно из табл. 124 действие ультразвука избирательное (селективное). Неоднородность в строении мышечных волокон ведет к различному поглощению звука отдельными элементами, т. е. наблюдается анизотропия затухания звука. Ультразвуко­

фициента поглощения обнаружены при ультразвуковой обработке ряда органических и био­ логических жидкостей. Считается, что эти отклонения вызыва­ ются объемной вязкостью, являющейся функцией изменения объема в местах сжатия и расширения жидкости. При этом ха­ рактер молекулярного поглощения энергии зависит от продол­ жительности восстановления равновесия молекулярных процес­ сов за один полупериод колебания. Исключение составляет кост­ ная ткань, которая в диапазоне частот 500 кГц — 2 МГц не дает отклонений от классической теории [107]. В этом случае необ­ ходимо учитывать, что приведенные сведения относятся к «чис­ той» костной ткани без надкостницы, коэффициент поглощения которой отличается на целый порядок.

Коэффициент поглощения и глубина проникновения — для

некоторых животных тканей при частоте 1 МГц приведены в табл. 125.

492

1 П ри ч асто те 800 к Г ц .

Коэффициент поглощения зависит от частоты ультразвуково­ го поля (рис. 221), он линейно возрастает с увеличением час­ тоты независимо от вида ткани.

При ультразвуковом облучении суспензий коэффициент погло­ щения линейно возрастает с увеличением концентрации. Кроме того, он зависит от диаметра частиц суспензии (рис. 221, б). Характерно, что наиболее резкое затухание колебаний наблю­ дается в области размерных классов частиц 1—10 мкм. Анизот­ ропия поглощения ультразвука особенно сильно проявляется у тканей, состоящих из чередующихся слоев с различными свойст­ вами (шкура, жировые прослойки и др.). В этом случае характер

493

затухания акустической энергии зависит от направления ультра­ звука — вдоль или поперек слоев.

Для молока частотная зависимость коэффициента поглоще­ ния также носит положительный характер (рис. 222), при этом наблюдается зависимость его от температуры и содержания жира

Для воды формула (V—10) имеет следующий вид:

где / — частота, МГц; 0 — высокочастотное напряжение, кВ.

Ультразвуковые волны создают в среде переменное звуковое давле-

Для расчета параметров ультразвукового поля необходимы сведе­ ния, характеризующие свойства сред (табл. 126).

494