Ultraschall-Lebensmitteltechnologie

Ultraschallenergie wirkt auf das Medium und bewirkt eine schnelle und feine Schwingung des Massepunkts, was zu Änderungen der mechanischen Größen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Schalldruck und Schallintensität führt und dadurch mechanische Effekte verursacht. Ultraschallwellen sind eine Form der mechanischen Energieausbreitung, die mit dem Wellenprozess zusammenhängt und einen linearen Vibrationseffekt erzeugt. Wenn sich die Ultraschallwelle in dem Medium ausbreitet, ist die Amplitude der Partikelverschiebung klein, aber die durch den Ultraschall verursachte Beschleunigung ist sehr groß.

Wenn sich die Ultraschallwelle mit 20 kHz und 1 W / cm2 in Wasser ausbreitet, beträgt die erzeugte Schalldruckamplitude 173 kPa, was bedeutet, dass die Schalldruckamplitude zwischen positiven und negativen 173 kPa pro Sekunde um das 20.000fache geändert wird, und die Beschleunigung des größter Massepunkt. Bis zu 1440 km / s2, etwa dem 1500-fachen der Erdbeschleunigung, ist eine solche dynamische und sich schnell ändernde mechanische Bewegung der mechanische Vibrationseffekt von Ultraschall.

Ultraschallkavitation

Wenn das Ultraschallmedium kein einheitlich geschichtetes Medium ist (wie z. B. biologisches Gewebe, menschlicher Körper usw.), bewirkt die akustische Impedanz jeder Mediumschicht, dass die übertragenen Schallwellen reflektiert werden und eine stehende Welle bilden. Die Antinoden der stehenden Wellen und die Knoten verursachen Druck und Spannung. Und Änderungen in der Beschleunigung. Da die Masse verschiedener Mediumteilchen (wie Biomoleküle) unterschiedlich ist, ist die durch die Druckänderung verursachte Schwingungsgeschwindigkeit unterschiedlich, und die durch die Relativbewegung zwischen den Mediumteilchen verursachte Druckänderung ist eine weitere Ursache für den mechanischen Ultraschalleffekt. Die mechanischen Effekte des Ultraschalls sollten verarbeitet werden (Stanzen, Schneiden, Verdichten, Oberflächenverfestigen, Schweißen, Reinigen, Polieren und Entfernen unerwünschter Filme und Schmutz) sowie beschleunigtes Dispergieren, Homogenisieren, Emulgieren und Zerkleinern. Andere Prozesse wie Sterilisation.

Die mechanische Wirkung von Ultraschall ist in der Produktion weit verbreitet. Hier sind einige Beispiele:

Mechanisches Rühren

Ultraschall-Hochfrequenzvibration und Strahlungsdruck können eine wirksame Bewegung und Strömung in Gas und Flüssigkeit bilden. Der starke Strahl und die lokale Mikrospülung, die durch die Schwingung der Kavitationsblasen auf der festen Oberfläche erzeugt werden, können die Oberflächenspannung und die Reibung der Flüssigkeit erheblich verringern und die Grenzschicht der Fest-Flüssig-Grenzfläche zerstören, wodurch die niederfrequente mechanische Bewegung erreicht wird. bewirken. Diese Rolle ist die physikalische Grundlage für die Anwendung von Arzneimitteln, Hautpflegemitteln, Ultraschallentgasung, Lebensmitteln und Kosmetika sowie für die Feinabstimmung.

Gegenseitige Verbreitung

Die Ultraschallvibration, der Kavitationsdruck und der Hochtemperatureffekt werden verwendet, um das gegenseitige Eindringen von Molekülen zwischen zwei Flüssigkeiten, zwei Feststoffen oder Grenzflächen zwischen Flüssigkeit, Feststoff und Flüssigkeit und Gas zu fördern, um neue Materialeigenschaften zu bilden. Ultraschallschweißen von Metall oder Kunststoff, Phakoemulsifikation, Reinigung und Zerstäubung können solchen Effekten zugeschrieben werden.

Homogenisierung

Die lokale Stoßwelle, die nach dem Schließen der Kavitationsblase erzeugt wird, kann die Partikel in der Flüssigkeit pulverisieren, um sie feiner zu machen. Mache den Kristall einheitlich. Verteilen Sie die größeren und ungleichmäßigen Emulsionströpfchen in winzigen einheitlichen Mitteln (wie medizinischen Kontrastmitteln, Krebsbehandlungsmitteln usw.). Dies kann sogar die Auswirkungen der Ablation von Blutgerinnseln beinhalten.

Zusammenhalt

Ultraschallschwingungen können dazu führen, dass sich die Schwebeteilchen im Gas und im flüssigen Medium mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, was die Kollisionsgefahr erhöht. oder unter Verwendung stehender Wellen, um sie dazu zu bringen, sich am Gegenknoten zu befinden, so dass der Koagulationsprozess stattfindet. Staubabsaugung und künstlicher Niederschlag können von dieser Art sein.

Mechanisches Schneiden

Aufgrund der hohen Beschleunigung der Ultraschallschwingung und der korrosiven Wirkung der Kavitation kann es speziell für harte und spröde Materialien (Edelsteine, Keramik, Glas, Magnetstahl usw.) verarbeitet werden.

Zertrümmern

Hochintensive Ultraschallimpulse können verwendet werden, um Nieren- und Gallensteine im menschlichen Körper zu zerschlagen, ohne das Weichgewebe zu beschädigen.