- Ultralydsafgasning af smeltede metaller op til 2.300°C og smeltet glas
- Mandag - fredag: 09:00 - 19:00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226 st. tv. - 2100 København - Danmark
Ultralydsafgasning ved hjælp af glycerin, hvilket giver et testmiljø til videre undersøgelse.
Afgasning af smeltet glas ved hjælp af glycerin: visualisering af proof of concept
Glycerin blev valgt til afgasning, da det har en viskositet, der ligner smeltet glas. Da eksperimenterne udføres ved stuetemperatur, er det væsentligt mere ligetil at overvåge ultralydskavitationsprocessen. Vi brugte to eksperimentelle opstillinger, hvor vi visuelt kunne observere og registrere afgasningsprocessen. Ved fysisk at modellere ultralydsafgasning af smeltet glas ved hjælp af glycerin kan vi forenkle fremtidig procesoptimering.
Ultralydskavitation
Ultralydskavitation involverer påføring af ultralydbølger på væsker, hvilket resulterer i produktion, vækst, pulsering og kollaps af mikrobobler. Kavitation initieres, når et tærskelenerginiveau er nået, hvilket er cirka 0,15 MPa for glycerin. Mange tusinde bobler dannes. Disse udvider sig og kollapser hurtigt, hvilket skaber højhastighedschokbølger og høje tryk på flere GPa. Lokale høje temperaturer forekommer også.
Gasbobler dannes på kavitationskernerne og vokser ved diffusion fra glycerinen ind i boblen. Hvis væsken allerede indeholder bobler, gennemgår disse diffusionsvækst. Individuelle bobler samles på grund af tiltrækningskræfter mellem dem (Bjerknes- og Bernoulli -kræfter). Efterhånden som de vokser, øges deres opdrift, og de flyder op til overfladen og frigiver gassen til atmosfæren.
Tilmeld dig her for at se hele filmen
Skub de midterste pile med musen fra venstre mod højre og omvendt for at se fulde billeder før og efter ultralydsafgasning.
Resultater af ultralydskavitation
Videoer af den komplette proces er tilgængelige på YouTube (registrer dig venligst for at se dem): I begge opsætninger er boblevækst og bobletransport ved akustisk streaming tydeligt synlige. Den akustiske streaming fører til tykke bobleskydannelser, der til sidst når væskens overflade og spredes. I opsætning 1 forekom kavitationshændelser primært på overfladen af sonotroden, og den første streamer dukkede op efter cirka 30 sekunder. I opsætning 2 blev der dannet streamere i hele væsken, og på grund af beholderens form observeres effekterne af stående bølger, nodale og antinodale zoner med høj og lav energi. I begge zoner ses bobler bevæge sig mod hinanden og smelte sammen, hvilket viser et betydeligt potentiale for en forbedret glasfineringsproces.
Før prøverne blev påført ultralydsenergi, indeholdt de begge mange små bobler, hvilket gjorde dem semi-uigennemsigtige. Med tiden blev boblerne fjernet, og glycerinprøverne blev klarere. Figur 1 viser glycerinen i forsøgsopstilling 1 før og efter eksperimentet. Figur 2 viser forsøgsprøven og kontrolprøven før og efter påføring af ultralyd i opstilling 2. I opstilling 1 blev cirka 4,5 liter glycerin klaret inden for ti minutter.
Eksperimentel opsætning
Der blev anvendt to eksperimentelle opstillinger. Den første (opstilling 1) bestod af en 4,5-liters skål med glycerin indeholdende den keramiske sonotrode. Den anden (opstilling 2) var en glycerinfyldt kvartsglas-visningscelle med dimensionerne H 63 x B 35 x D 10 mm, hvortil der blev påført ekstern ultralydsenergi. Den anden opstilling omfattede også en identisk kontrolprøve, hvortil der ikke blev påført ultralydsenergi.
Den keramiske sonotrode, der blev brugt i opsætning 1, er specielt udviklet til at eliminere stående bølger ved 20 kHz. Dette eliminerer faren for revner.
Konklusion
Ultralydskavitationsmønstrene var tydeligt synlige i glycerinen i resultaterne af begge eksperimentelle opstillinger, hvilket viser, at denne fysiske model er en fremragende måde at studere afgasning i viskose medier såsom smeltet glas.
Ultralydsafgasning af smeltet glas har mange fordele sammenlignet med konventionelle afgasningsmetoder. For eksempel er det hurtigere, bruger betydeligt mindre energi og bruger ingen giftige tilsætningsstoffer . Derudover giver fysisk modellering af processen ved hjælp af glycerin en ideel måde at studere og optimere processen yderligere .