بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی میدان آکوستیک ترنسدیوسر شستشو فراصوتی

ترنسدیوسرهای توان بالای فراصوتی با انتشار امواج فرکانس بالا در محیط مایع و ایجاد میدان‌های صوتی شدید موجب ایجاد پدیده کاویتاسیون درون مخزن مایع می‌شوند. انفجار حباب‌های ریز که به کاویتاسیون معروف هستند، حاصل میدان صوتی شدید، پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی می‌باشند و برای زدودن آلودگی‌ها از سطح قطعات حساس و پیچیده استفاده می‌شود. تعیین میدان آکوستیک ترنسدیوسر فراصوتی درون مخزن می‌تواند کمک شایانی در تعیین تعداد ترنسدیوسر لازم، فاصله بهینه بین آن‌ها و ابعاد مناسب مخزن نماید. با توجه به هزینه بالای آزمون‌های تجربی، روش اجزاء محدود یک ابزار مناسب جهت پیش‌بینی رفتار مجموعه ارتعاشی و تعیین میدان آکوستیک فراصوت در مایع درون مخزن می‌باشد. در این پژوهش تعیین فرکانس‌های رزونانس مجموعه‌ی ارتعاشی و بررسی میدان انتشار موج آکوستیک توسط نرم‌افزار تحلیل اجزاء محدود کامسول انجام گرفت. پس از ساخت اجزاء و مونتاژ مخزن، در بخش آزمون تجربی، میدان آکوستیک حاصل از ارتعاش فراصوت، به وسیله هیدروفون فرکانس بالا در موقعیت‌های مختلف مخزن اندازه‌گیری شد. بر اساس داده‌های نقشه‌برداری تجربی و مقایسه آن با نتایج شبیه‌سازی، فرکانس‌های هارمونیک و سوپرهارمونیک به صورت همزمان در محیط آب مشاهده شدند. تطابق نتایج شبیه‌سازی و آزمون تجربی نشان داد که روش شبیه‌سازی یک ابزار مناسب جهت پیش‌بینی رفتار مایع درون مخزن تحت ارتعاشات فراصوت توان بالا می‌باشد.

experimental investigation and numerical simulation of the acoustic field of the ultrasonic cleaning transducer

high-power ultrasonic transducers emit high-frequency waves in a liquid environment, creating intense sound fields that cause the phenomenon of cavitation inside the liquid tank. the explosion of small bubbles, known as cavitation, results from intense sound fields, as well as physical and chemical phenomena. this process is used to remove contamination from the surface of sensitive and complex parts. determining the acoustic field of the ultrasonic transducer within the tank can assist in identifying the required number of transducers, the optimal distance between them, and the appropriate dimensions of the tank. given the high cost of experimental tests, the finite element method is a suitable tool for predicting the behavior of the vibrating assembly and determining the ultrasonic acoustic field within the liquid inside the tank. in this research, the resonance frequencies of the vibrating assembly and the acoustic wave propagation field were investigated using comsol finite element analysis software. after fabricating the components and assembling the tank, the acoustic field resulting from ultrasonic vibration was measured in different positions of the tank using a high-frequency hydrophone during the experimental test phase. based on the experimental mapping data and its comparison with the simulation results, both harmonic and superharmonic frequencies were observed simultaneously in the water environment. the consistency between the simulation results and the experimental tests demonstrated that the simulation method is a suitable tool for predicting the behavior of the liquid inside the tank under high-power ultrasonic vibrations.