一种超声波清洗方法

摘要

本发明涉及一种超声波清洗方法，其首先通过制备多相流，并将多相流以一定的流速分布在被清洗物体表面；其中，多相流包括连续相和分散相，连续相为液体，分散相包含气体,多相流中气体初始呈微泡状；然后启动超声波发生器向被清洗物体发射超声波，超声波在多相流中传播后到达被清洗物体；调节超声波初始频率为使多相流在被清洗物体表面形成较高阻抗的超声波阻滞层。本发明可以提高被清洗物体的清洗效果，同时可以避免对被清洗物体表面和内部造成损伤。

权利要求

1.一种超声波清洗方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤1、制备多相流，并将多相流分布在被清洗物体表面；其中，多相流包括连续相和分散相，连续相为液体，分散相包含气体,多相流中气体初始呈微泡状；

步骤2、启动超声波发生器发射超声波，超声波在多相流中传播后到达被清洗物体；调节超声波初始频率为 使多相流在被清洗物体表面形成超声波阻滞层，其中，

0.1

2.根据权利要求1所述的一种超声波清洗方法，其特征在于：所述超声波发生器包含二次谐波反馈线路。

3.根据权利要求1所述的一种超声波清洗方法，其特征在于：所述多相流的含气率小于

15％，气体微泡的平均半径为5至100微米。

4.根据权利要求3所述的一种超声波清洗方法，其特征在于：所述气体微泡的平均半径为10至50微米。

5.根据权利要求1所述的一种超声波清洗方法，其特征在于：所述多相流中的分散相还包含固体颗粒。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种超声波清洗方法，其特征在于：所述多相流中包含界面活性剂。

7.根据权利要求1所述的一种超声波清洗方法，其特征在于：所述多相流中各质点在超声波发射区域的平均停留时间小于20毫秒。

8.根据权利要求1所述的一种超声波清洗方法，其特征在于：所述多相流横截面的含气率从内到外递减，多相流横截面的流速从内到外递减。

说明书

一种超声波清洗方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种清洗方法，具体涉及一种超声波清洗方法。

背景技术

[0002] 超声波是一种机械振动能量的传播形式。利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，可以使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前，超声波清洗已广泛应用于工业和民用的各个领域，包括表面喷涂处理行业、机械行业、电子行业、医疗行业、半导体行业、钟表首饰行业、光学行业、纺织印染行业。

[0003] 利用超声波进行清洗时，超声波发生器产生出高频超声波，超声波震动传播过程中产生冲击力和摩擦力，从而将物体上的污渍去除。为了提高超声波的清洗效果，公告号为CN200510108823.7的中国专利公开了一种超声波洗净系统及方法，其包括一超声波洗净器以及气泡产生器，气泡产生器能产生含多个微纳米气泡的微乳泡水，其利用含微纳米气泡的微乳泡水增强超声波的洗净效果并可清除待洗物不易清洗的角落。

[0004] 虽然超声波使用方便且清洗效果好，但其对被清洗材料的表面和内部都会造成一定的腐蚀或损伤。特别是对精密部件或脆弱材质而言，若其在清洗过程中受到腐蚀或损伤，那么其使用性能将大大降低。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种超声波清洗方法，其可避免对被清洗物体表面和内部造成腐蚀或损伤。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0007] 一种超声波清洗方法，其包括以下步骤：

[0008] 步骤1、制备多相流，并将多相流分布在被清洗物体表面；其中，多相流包括连续相和分散相，连续相为液体，分散相包含气体,多相流中气体初始呈微泡状；

[0009] 步骤2、启动超声波发生器发射超声波，超声波在多相流中传播后到达被清洗物体；调节超声波初始频率为 使多相流在被清洗物体表面形成超声波阻滞层，其中，0.1

[0010] 所述超声波发生器包含二次谐波反馈线路。

[0011] 所述多相流的含气率小于15％，气体微泡的平均半径为5至100微米。

[0012] 所述气体微泡的平均半径为10至50微米。

[0013] 所述多相流中包含界面活性剂。

[0014] 所述多相流中各质点在超声波发射区域的平均停留时间小于20毫秒。

[0015] 所述多相流横截面的含气率从内到外递减，多相流横截面的流速从内到外递减。

[0016] 本发明通过将多相流以一定流速分布在被清洗物体表面，然后启动超声波发生器发射超声波，使多相流在超声波辐射区域内对被清洗物体进行，多相流进入超声波辐射区域后，多相流中的气泡一部分破裂或消失，一部分直径增大。当气泡平均直径分布不断接近共振区间时，多相流内形成阻抗较高的超声波阻滞层，超声波阻滞层能对超声波造成大百分比的吸收、散射和反射，阻止超声波能量继续传递，超声波能量只有小部分能直接穿透过超声波阻滞层，并达到被清洗物表面，而通过被清洗物表面，进入被清洗物内部的超声波更少。所以，使用该超声波清洗方法可避免超声波辐射对被清洗物体表面和内部造成直接损伤或腐蚀。此外，在超声波阻滞层中，大部分的超声波的能量被转移至气体分散相和连续相的交界面的强非线性振动中，进而强化对物体表面造成清洗效果。

附图说明

[0017] 图1为本发明实施例一结构示意图；

[0018] 图2为本发明实施例二结构示意图。

具体实施方式

[0019] 本发明揭示了一种超声波清洗方法，其具体如下：

[0020] 制备多相流，并将多相流以一定的流速分布在被清洗物体表面；其中，多相流包括连续相和分散相，连续相为液体，分散相中至少一相为气体,气体初始呈微泡状；

[0021] 启动超声波发生器发射超声波，超声波在多相流中传播后到达被清洗表面；调节超声波频率为 使多相流在被清洗物体表面形成较高阻抗的超声波阻滞层，其中，0.1

[0022] 上述超声波发生器包含二次谐波反馈线路，超声波发生器可根据二次谐波反馈信号实时调整超声波的频率、功率和占空比。微气泡的初始平均直径和流体初始静压力等会随外界因素发生变化或偏差，进而影响到超声波阻滞层的形成，二次谐波反馈信号可反映出超声波阻滞层的位置和形状，清洗时通过超声波的频率、功率和占空比的变化来维持超声波阻滞层贴近物体表面，进而达到较好的清洗效果。

[0023] 上述多相流的含气率小于15％，气体微泡的平均半径为5至100微米，作为优选地，气体微泡的平均半径为10至50微米。在适当频率和强度的超声波作用下，气体微泡的平均半径随流动过程不断增大，在到达物体表面时，微泡的半径分布达到声致共振区间，使表面附近的两相或多相流的声阻抗显著增大，即形成对超声波的吸收较好的超声波阻滞层。相对于气体分散相的其它分散方式，微泡状气体的可控性更高，形成的超声波阻滞层也更稳定。

[0024] 为了增强清洗效果，多相流中可以包含界面活性剂。上述多相流中各质点在超声波发射区域的平均停留时间小于20毫秒。多相流横截面的含气率从内到外递减，多相流横截面的流速从内到外递减。

[0025] 图1为本发明实施例一示意图，本实施例进行超声清洗的环境是密闭循环溶剂槽，多相流为气液两相流，即气液两相流作为清洗介质，其中气相为甲烷，液相由饱和链烃和非离子型表面活性剂组成。

[0026] 该实施例揭示了一种为实施超声波清洗方法而设计的装置，该装置包括容气瓶11、储液槽12、高压溶气罐13、高速剪切泵14、射流器15、超声波发生器17和溶剂槽16，其中容气瓶11和储液槽12连接高压溶气罐13，高压溶气罐13的出口连接高速剪切泵14的一进口，该高速剪切泵14的另一进口连接储液槽12，高速剪切泵14的出口连接射流器15的一进口，而射流器15的另一进口连接储液槽12，射流器15的出口连接至溶剂槽16；溶剂槽16的上部设有一出气口，下部侧边设有一出液口，出气口通过滤器瓶18连接至容气瓶11，出液口通过除渣滤罐19连接至储液槽12。

[0027] 甲烷放置在容气瓶11中，饱和链烃和非离子型表面活性剂组成的混合液体放置在储液槽12中，容气瓶11和储液槽12均通过管道连接至高压溶气罐13，这样储液槽12中的混合液体会流入高压溶气罐13中，并在高压溶气罐13中加压溶入甲烷气体，然后通入高速剪切泵14的液相流中进行初步降压混合，接着经过射流器15吸入部分低压液体后共同排出，即得到内侧流速和含气率高于外侧的气液两相流，内侧是指两相流横截面中心，外侧是指两相流横截面外边缘。

[0028] 分散相气体初始呈微泡状分散，平均半径小于30微米，随着两相流所受压强的降低和时间增长，微泡在流动过程中逐渐增大。调节高压液体的比例，使气液两相流的整体含气率保持在3％至5％之间。气液两相流从位于一密封清洗槽底部的环状排出口排出，初始平均流速为5米每秒。

[0029] 环状排出口内侧装有超声波换能器171，可朝上方发射超声波。环状排出口外侧装有多个超声波探头172，可采集散射回的二次谐波信号。超声波换能器171和超声波探头172均连接至带有信号处理电路的超声波发生器17，超声波发生器17的频率可调范围为18KHZ至80KHZ。在清洗前，把超声波频率从高往低调节，直至得到一定强度的二次谐波信号，此时在离排出口不远处出现明显的超声波阻滞层4。在超声波阻滞层4出现后即可把被清洗物体3表面贴近环形排出口进行清洗。清洗时由二次谐波反馈信号可计算出超声波阻滞层4的位置和形状，并据此调节功率和占空比，维持超声波阻滞层贴近物体表面，进而达到较好的清洗效果。

[0030] 图2为本发明实施例二结构示意图，本实施例在开放环境中进行清洗，清洗介质为气液固三相流，其中气相为空气，液相为水，固相为粒径20至40微米的活性炭粉末。三相流中，固体颗粒可充当空化核，使空化作用更容易产生；且固体颗粒可冲刷被清洗物表面，加强清洗效果；固体成分可影响三相流中的超声阻抗分布，有助于超声阻滞层的稳定。

[0031] 该实施例揭示了一种为实施超声波清洗方法而设计的装置，其包括微纳米气泡泵21、储液槽22、射流器23和超声波发生器24，微纳米气泡泵21和储液槽22分别连接至射流器
23的两进口。储液槽22内设有活性炭悬浮液，使用微纳米气泡泵21产生5％含气量的微气泡混合液，经由射流器23和活性炭悬浮液混合后共同流出，即得到气液固三相流。气液固三相流的喷出口内测安装有超声波换能器241，外侧装有软质包围。超声波探头242位于软质包围上，可采集散射回的二次谐波信号。超声波换能器241和超声波探头242均连接至带有信号处理电路的超声波发生器24，超声波发生器24的频率为50KHZ。清洗时由二次谐波反馈信号可计算出超声波阻滞层4的位置和形状，并据此调节超声波的功率和占空比，维持超声波阻滞层4贴近被清洗物体3表面，进而达到较好的清洗效果。

[0032] 本发明超声波清洗方法在应用过程中，两相流或三相流中的气泡在到达被清洗物表面之前，由于超声辐射的持续作用，一部分破裂或消失，一部分合并，一部分直径增大。两相流或三相流进入超声波辐射区域后，由于气泡平均直径分布不断接近共振区间，两相流或三相流对超声波的阻抗随时间增加。当两相流或三相流对超声波的阻抗增加到一定范围，就能对超声波造成大百分比的吸收、散射和反射，阻止超声波能量继续传递，其中超声波阻滞层就是阻抗突然增大的区域。超声波能量只有小部分能直接穿透过超声波阻滞层，并达到被清洗物表面，而通过被清洗物表面，进入被清洗物内部的超声波就更少了。所以，使用该超声波清洗方法可避免超声波辐射对被清洗物体表面和内部造成直接损伤。从被清洗物表面的间接损伤上看，在超声波阻滞层中，处于稳态空化的微气泡数量远大于处于瞬态空化的微气泡，即作用于微气泡溃灭并产生表面破坏作用的的超声波能量占比变小，造成的间接损伤也变小。

[0033] 以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。