книги / Элементы и устройства систем низких и сверхвысоких частот

ко-химические процессы, в данном случае процесс окис­ ления .

Ультразвук как упругие волны не отличается от слы­ шимого звука. По частотному спектру ультразвук клас­ сифицирует на низкочастотный 104 - 105 и высокочастот­ ный 1(г - 109. Технологическая сущность ультразвуковой обработки состоит в использовании явлений и эффектов, возникающих в различных средах под действием ультра­ звука :

генерирование и передача тепла, кавитационные явления.

В одних и тех же процессах эти явления и эффекты могут быть основными, а могут дополнять друг друга.

Ультразвуковая обработка в жидкости, главным обра­ зом, основана на возникновении кавитации. В общем случае явление кавитации в гидродинамике связывают с появлением в жидкости при определенных условиях раз­ личного рода многочисленных кавитационных пузырьков малого размера, которые пульсируют, осцилйруют, рас­ тут, расщепляются, схлопываются, а также совершают

ние) . Этот процесс называется ультразвуковым окисле­ нием. Физический процесс окисления обусловлен появле­ нием электрических разрядов в процессе схлопывания пузырьков. Другие эффекты могут способствовать этому эффекту или быть результатом кавитации.

Предлагаемый технологический процесс состоит из

Вторым этапом для решения данной проблемы является разделение технологического раствора на две со­ ставляющие: на сульфатсодержащий раствор, который не­ обходимо выделить для вторичного использования в про­ изводстве, и на органосодержащий раствор. Разделение растворов осуществляется с помощью специального фильтра - мембраны. Существуют мембранные технологии, которые позволяют осуществить этот этап. Например, системы мембран из пористой стали и керамических мем­ бран, предназначенные для очистки растворов от орга­ нических соединений.

ОрганосЪдержащий

раствор

Обработанный

раствор

Рис. 1. Функциональная схема технологического процесса: 1- фильтр; 2- мембрана; 3- реактор;

4- осадочный фильтр

Раствор, содержащий сконцентрированный объем орга­ нических веществ, поступает в специальный резервуар - реактор, где и происходит обработка ультразвука - окислительный процесс.

Ультразвуковая обработка осуществляется с помощью магнитострикционного преобразователя. Раствор подает­ ся снизу и постепенно поднимается вверх, при этом происходит его обработка.

Расчет ультразвукового реактора рассматривается ниже.

При расчете поля, создаваемого гармоническими излу­ чателями, различают три области: дальнее звуковое по­ ле; область расстояний, сравнимых с размерами излуча­ теля и длиной волны; область ближнего поля. Когда размеры излучающей поверхности соизмеримы с длиной волны или больше ее, проявляется направленность излу­

стическим полем по удельному акустическому сопротив­ лению среды рс, амплитуде колебаний А и частоте Г. В качестве излучателя примем круглую поршневую диафраг­ му диаметром d. Зададимся минимальным звуковым давле­ нием Pmin, обеспечивающим необходимую степень интенси­ фикации процесса. Геометрическое место точек про­ странства, для которых р = Pmin назовем поверхностью

постоянного минимального ослабления. Очевидно/ что сечение этой поверхности плоскостью, проходящей через ось симметрии излучателя, дает сечение В (на рис. 2 показано штриховой линией) диаграммы направленности.

Рис. 2. Ультразвуковой аппарат и реактор: 1 - магнитостриктор; 2 - концентратор;

3 - реактор

В основу дальнейших построений положен следующий принцип конструирования: внутренняя поверхность аку­ стического реактора должна являться поверхностью по­ стоянного минимального, ослабления. Тогда высота ре­ актора

pAf2n2d2

где к - волновое число;

-функция Бесселя первого рода первого порядка.

J \

Расчет по последней формуле можно выполнить с по­ мощью •специальных номограмм. При расчете реакторов, среды в которых сильно поглощают звук, необходимо ввести в приведенные формулы экспоненциальный множи­ тель, учитывающий поглощение звука.

Аппараты с малой высотой (Я ~ d) рассчитывают со­ гласно теории ближнего поля. Приравнивая осевое дав­ ление заданному минимальному давлению Рщ±п, находим формулу для определения высоты реактора

мощность преобразователя, необходимую для обработки объема реактора:

А - амплитуда обработки;

t - время обработки раствора.

Как дополнительный эффект для полной очистки ис­ пользуется озонирование. При помощи озона осуществля­ ется сжигание органических веществ, поскольку озон - сильный окислитель и активно вступает в реакцию, но в отличие от катализаторов, не оказывает вредного влия­ ния на природу. Он распадается до обычного кислорода.

У него много преимуществ по сравнению с катализа­ торами :

-возможность получения озона на месте примене­ ния из воздуха;.

-высокой активностью озона;

-избыток озона разлагается.

Предлагаемая технология позволит решить проблему промышленных стоков и получить дополнительный эффект от рационального использования содержащихся в техно­ логических растворах веществ то есть рекуперировать исходные материалы. Кроме того, предложенный метод

генераторов на микрополосковых линиях передачи СВЧ исследовались лабораторные макеты, реализующие обсуж­ денные в предыдущих параграфах физические принципы воздействия на распространение ЭМВ в линии в виде ло­ кальных магнитных полей, воздействующих на ЖИГ среду.

Генератор йа диоде Ганна типа ЗА726Д выполнен в микрополосковом варианте на несимметричной микрополосковой линии с ферритовым заполнением в качестве диэлектрика. На рис.1 представлена топология автоге­

мощность от активного элемента в режиме генерации мо­ нохроматического сигнала. Внесение локальной неодно­

автогенератора создает условия для возникновения до­ полнительного резонатора. Соотношение частот основно­

го и созданного дополнительного резонатора, характер и величина связи резонаторов, собственно, определяют режимы работы автогенераторов (монохроматический, многочастотный, дискретный, шумовой). Локальная неод­ нородность в тракте автогенератора создается цилинд­ рическим магнитом с конусным наконечником (3) из маг­ нитомягкого материала. Магнит мог свободно переме­ щаться в плоскости ферритовой подложки (4) . Величина магнитного поля между подложкой и конусным наконечни­ ком могли регулироваться от 0 до 0.06 Тл путем изме­ нения расстояния от магнита до подложки, что приводи­ ло к изменению величины локальной неоднородности по магнитному полю. На рис.2 приведены результаты иссле­ дования перестройки по частоте шумового автогенерато­ ра внешним магнитным полем. Из рис.З следует, что с ростом внешнего магнитного поля от 0.01 Тл до 0.15 Тл происходит увеличение fo от 12.0 ГГц до 13.5 ГГц.

Система критична к размещению магнита и положение его для установления того или иного режима подбира­

лось экспериментально. Теоретический анализ таких ди­ намических систем будет проведен ниже.

Для исследования влияния внешнего однородного маг­ нитного поля Н0 на работу шумового автогенератора он

верхности ферритовой подложки (4).

1 - микрополосковый резонатор;

2 - диод Ганна;

3 - конусный наконечник;

4 - ферритовая подложка.

При Яо=0, когда внешнее от электромагнита поле от­ сутствует, генератор в стохастическом режиме имел вы­

ходную мощность Рюх - 100+150 мВт, полосу шумового

спектра Af0 = 200+300 МГц, в частотном диапазоне —

12+14 ГГц в зависимости от выбора рабочей точки диода

Н01 = 0.001+0.010 Тл приводит к перескокам по частоте и режиму неустойчивости шумовой генерации, что, повидимому, связано с процессом установления взаимодей­ ствия электродинамической системы с внешним полем. При этом можно наблюдать чередование дискретного и шумово­

Коэффициенты alf а2, Pi, Р2, Pa ~ выражаются через параметры контуров. Динамика таких конечномерных не­ линейных диссипативных систем чрезвычайно сложна, в фазовом пространстве таких систем могут возникать различные аттракторы, включая странные. Процесс изме­ нения режимов колебаний при изменении параметров сис­ темы подчиняются открытой Фейгенбаумом закономерно­ сти: при увеличении параметра происходит изменение устойчивого цикла и замена его циклом с удвоенным пе­ риодом. В приведенной системе дифференциальных урав­

в численном эксперименте важно, чтобы изменение пара­ метра приводило к изменению одного из коэффициентов системы уравнений, а другие оставались неизменными. Это существенно упрощает анализ динамической системы. Исследование системы уравнений проводилось с помощью численного моделирования на ЭВМ комплексом программ "CYCLE".

Эволюция системы (2) при изменении параметра раз­ вивалась следующим образом:

0.250 йП 2 й 0.290

цикл оставался устойчивым, гиперболическим; при зна­ чениях :

0.292 й£22 <,0.294

размер цикла отличен от нуля и продолжал существо­ вать, но становился седловым. Вблизи него рождается пара устойчивых циклов, либо с ним сливается пара седловых циклов. Возрастание С0 приводит к потере ус­ тойчивости цикла; при

П2 =0.950

в системе происходит первая бифуркация. Дальнейшее увеличение связанно с очередной бифуркацией, цикл ис­ чезает, система переходит в режим стохастических ко­ лебаний.

С ростом параметра Р наблюдаются жесткие бифурка­ ции, соответствующие прохождению спектра линеаризации отображения Пуанкаре через +1, в системе происходит чередование регулярного режима с "островками" хаоса.

На рис.З представлены амплитудные реализации сис­ темы при различных значениях параметра р. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в диссипативных

системах можно реализовать несколько режимов: монохроматический, дискретный и стохастический. Эволюцией спектра можно управлятьу меняя параметры контура.

Рис.З

Широкополосная шумовая перестройка обусловлена из­ менением среды во всей подложке: сохранение режима шумовой генерации в процессе перестройки мы связываем с тем, что в динамической системе пропорционально из­ меняются все соотношения связанной системы, что и по­ зволяет ей оставаться в заданном режиме.