- Ultrasonic Afgasning 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
Ultrasonisk afgasning ved hjælp af glycerin, der fungerer som en testplatform for yderligere undersøgelser.
afgasning af smeltet glas ved hjælp af glycerin: proof of concept visualiseret
Glycerin blev valgt til afgasning, da det har en viskositet, der ligner smeltet glas. Da forsøgene udføres ved stuetemperatur, er overvågningen af den ultrasoniske kavitationsproces betydeligt mere ligetil. Vi brugte to eksperimentelle opstillinger, hvor vi visuelt kunne observere og optage afgasningsprocessen. Ved fysisk at modellere ultrasonisk afgasning af smeltet glas ved hjælp af glycerin kan vi forenkle fremtidig procesoptimering.
Ultrasonisk kavitation
Ultrasonisk kavitation indebærer at anvende ultrasoniske bølger på væsker, hvilket resulterer i produktion, vækst, pulsering og kollaps af mikrobobler. Kavitation initieres, når et tærskelenerginiveau nås, hvilket er cirka 0,15 MPa for glycerin. Mange tusinde bobler dannes. Disse udvider sig og kollapser hurtigt, hvilket skaber højhastigheds chokbølger og høje tryk på flere GPa. Lokaliserede 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. Enkelte bobler smelter sammen på grund af tiltrækningskræfter mellem dem (Bjerknes og Bernoulli -kræfter). Når de vokser, øges deres opdrift, og de flyder op til overfladen og frigiver gassen til atmosfæren.
Registrer dig her for at se hele filmen
Slide the center arrows with your mouse from left to the right and vice versa to see full images before and after ultrasonic degassing.
Resultater af ultralydskavitation
Videoer af hele processen er tilgængelige på YouTube (registrer dig venligst for at se dem): I begge opsætninger er boble vækst og bobletransport via akustisk strømning tydeligt synlige. Den akustiske strømning fører til dannelse af tykke bobleskyer, der til sidst når væskens overflade og spredes. I opsætning 1 forekom kavitationshændelser hovedsageligt på sonotrodens overflade, og den første streamer dukkede op efter cirka 30 sekunder. I opsætning 2 dannedes streamere gennem hele væsken, og på grund af beholderens form observeres effekterne af stående bølger, knude- og bugzoner med høj og lav energi. I begge zoner ses bobler bevæge sig mod hinanden og koalescere, hvilket viser stort potentiale for en forbedret glasraffineringsproces.
Før ultralydsenergi blev påført prøverne, indeholdt de begge mange små bobler, hvilket gjorde dem halvgennemsigtige. Over tid blev boblerne fjernet, og glycerinprøverne blev klare. Figur 1 viser glycerinen i forsøgsopstilling 1 før og efter forsøget. 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, der indeholdt den keramiske sonotrode. Den anden (opstilling 2) var en glycerinfyldt kvartsglas-celle 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 risikoen for revnedannelse.