Марфин Е.А. «Эффекты ультразвукового воздействия на высоковязкую нефть» Труды Московского физико-технического института (государственного университета) (МФТИ), 17, № 1, с. 161-172 (2025)

Исследовано влияние ультразвукового воздействия с частотой 21 кГц на физико-химические свойства высоковязких нефтей. Эксперименты показали, что такая обработка снижает вязкость нефти на 13%. Добавление высокомолекулярных углеводородов в нефть повышает её вязкость, но при этом снижает эффективность ультразвуковой обработки. Основным механизмом снижения вязкости является акустическая кавитация, которая разрушает крупные молекулы углеводородов. Кроме того, изменяется групповой состав нефти: наблюдается снижение доли смол и увеличение содержания насыщенных углеводородов. Также были выявлены закономерности ультразвукового нагрева жидкостей. Ультразвуковое воздействие сопровождается генерацией колебаний в звуковом диапазоне частот, и такие механические вибрации могут дополнительно способствовать снижению вязкости, что требует дальнейших исследований. Полученные результаты открывают новые перспективы для совершенствования процессов добычи, переработки и транспортировки нефти. Ключевые слова: ультразвук, тяжелая нефть, вязкость, химический состав, нагрев

Пестова П.А., Рыбянец А.Н., Сапожников О.А., Карзова М.М., Юлдашев П.В., Цысарь С.А., Котельникова Л.М., Швецов И.А., Хохлова В.А. «Численное решение задачи ультразвукового объемного нагрева биоткани с поверхностным охлаждением» Акустический журнал, 71, № 2, с. 206-217 (2025)

Одним из нежелательных эффектов при использовании ультразвука для экстракорпоральной терапии является перегрев кожи, вызванный как поглощением в ней ультразвука, так и контактом с нагретой поверхностью акустического излучателя. Для подавления этого эффекта может быть использовано размещение между кожей и излучающей поверхностью принудительно охлаждаемой контактной среды. Недавно в ЮФУ был предложен и разработан новый ультразвуковой аппликатор, реализующий этот подход. В нем для объемного нагревания подкожных участков биоткани используется пьезокерамический преобразователь прямоугольной формы, наклеенный на алюминиевую пластину, которая охлаждается посредством циркуляции холодной воды через просверленные в ней боковые каналы. В настоящей работе разработан численный алгоритм для расчета трехмерного температурного поля в ткани в процессе работы указанного аппликатора. Моделирование проводилось на основе неоднородного уравнения теплопроводности. Для расчета тепловых источников в ткани использовались экспериментальные данные акустической голографии, полученные для разработанного излучателя. Рассмотрен пример нагревания ткани говяжьей печени ex vivo при времени облучения от нескольких секунд до нескольких минут. Результаты моделирования сравнивались с данными эксперимента по тепловой абляции ткани при акустической мощности излучателя 12 Вт и частоте ультразвука 6.96 МГц. Показано, что комбинация теплового воздействия на ткань и охлаждения контактной границы позволяет осуществлять объемный нагрев ткани с максимумом температуры на глубине от 8 до 15 мм при незначительном изменении температуры на глубинах до 2–3 мм. Ключевые слова: терапевтический ультразвук, косметология, численное моделирование, уравнение теплопроводности DOI: 10.31857/S0320791925020055,

Хмелев В.Н., Шалунов А.В., Генне Д.В. «Обоснование и реализация метода управления толщиной слоя в процессе ультразвукового распыления» Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 335, № 11, с. 7-18 (2024)

Актуальность исследования обусловлена необходимостью развития и широкого применения для решения актуальных задач современной промышленности ультразвукового способа распыления, обладающего уникальными достоинствами. В частности, минимальными, из всех известных способов, энергозатратами на реализацию процесса, возможностью формирования мелкодисперсных капель без использования газа под давлением, регулирования дисперсности формируемого аэрозоля параметрами излучателя и др. Однако для широкого практического применения ультразвукового способа распыления необходимо обеспечение условий распыления с задаваемой дисперсностью и производительностью. В связи с этим возникает необходимость разработки способа контроля и поддержания необходимой и достаточной толщины слоя жидкости на поверхности пьезоэлектрического преобразователя распылителя, распыление которой обеспечит, при заданной производительности распыления, формирование аэрозоля с наименьшим отклонением размеров формируемых капель относительно среднего значения. Контроль толщины слоя жидкости предложено осуществлять путем выявления зависимости резонансной частоты пьезоэлектрического преобразователя распылителя от толщины пленки жидкости на колеблющейся поверхности распылителя. Цель: разработка способа и средств контроля толщины слоя распыляемой жидкости по изменению резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы и поддержания оптимального значения толщины слоя путем изменения амплитуды колебаний поверхности ультразвукового распылителя. Объекты: процесс распыления жидкостей ультразвуковыми высокоамплитудными колебаниями. Методы: получение частотных характеристик ультразвуковых колебательных систем, анализ изменений амплитудно-частотных характеристик колебательных систем и выявление критериев, позволяющих контролировать и управлять процессом ультразвукового распыления. Результаты. Предложен и разработан способ косвенного контроля толщины слоя распыляемой жидкости на колеблющейся поверхности ультразвукового распылителя, основанный на измерении резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы. Возможность реализации способа и его практического применения обусловлена тем, что в рабочем диапазоне толщин слоя распыляемой жидкости изменение резонансной частоты может достигать 100 Гц, и при точности измерения частоты в 1 Гц точность определения толщины слоя составит не более 2% от рабочей толщины слоя. Выявленные зависимости и определенные значения возможных диапазонов изменений контролируемого параметра позволили впервые разработать способ автоматического управления процессом ультразвукового распыления, обеспечивающий поддержание оптимальных режимов ультразвукового воздействия (амплитуда колебаний распылительной поверхности) и толщины слоя распыляемой жидкости.