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Modellbasierte und experimentelle Charakterisierung von intensiven Ultraschall-Stehwellenfeldern für die Zerstäubung hochviskoser Flüssigkeiten

* Presenting author
Day / Time: 20.03.2019, 17:20-17:40
Room: Saal 5-b
Typ: Regulärer Vortrag
Session: Ultraschall
Abstract: Bisher ist die Zerstäubung von Flüssigkeiten mittels Ultraschall auf niederviskose Fluide begrenzt, da Systeme für hochviskose Flüssigkeiten aufgrund ihres geringen Durchsatzes oder den hohen Kosten nicht marktfähig sind. Bei der Herstellung von feinen Polymerpulvern oder der Zerstäubung von hochviskosen Klebstoffen werden hohe Schalldrücke benötigt, die nur in gut abgestimmten Stehwellenfeldern erreicht werden. Aktuelle Forschungen konzentrieren sich daher auf die Entwicklung von Systemen, die in einem großen Arbeitsraum bei hoher Effizienz und niedrigen Kosten maximale Schalldrücke erzeugen. Als Alternative zu leistungsstärkeren Ultraschallwandlern kann die Optimierung der Randbedingungen des akustischen Stehwellenfeldes ebenfalls zu höheren Schalldrücken führen. Eine Optimierung von Reflektor- und Sonotrodengeometrie stellt sicher, dass einerseits weniger Schallwellen aus dem Prozessraum entweichen und andererseits keine Auslöschungen durch Interferenz auftreten.Dieser Beitrag zeigt zunächst die modellbasierte Optimierung eines Ultraschall-Stehwellensystems mithilfe eines linearen Modells. Zur Validierung der Modellergebnisse werden Schallfelder mithilfe des Prinzips der Refraktovibrometrie sowie mit Mikrofonen vermessen. Die in intensiven Schallfeldern auftretenden Nichtlinearitäten werden untersucht und die Abweichungen zur Modellvorhersage diskutiert.Durch Zerstäubungsversuche mit repräsentativen Testfluiden werden abschließend die Auswirkungen der Schallfeldoptimierung auf resultierende Tröpfchengrößen und damit das Potential des modellbasierten Systementwurfs gezeigt.