- Sulan metallin ultraäänikaasunpoisto jopa 2 300 °C:seen ja sula lasi
- Maanantai - Perjantai : 09:00 - 19:00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226 st. tv. - 2100 Kööpenhamina - Tanska
Fysikaalinen mallinnus ultraäänikaasunpoistosta glyseriinissä
Fysikaalinen mallinnus ultraäänikaasunpoistosta glyseriinissä
Ultraäänikaasunpoisto glyseriinillä, tarjoten testialustan jatkotutkimuksille.
sulamaisen lasin kaasunpoisto glyseriinin avulla: konseptin todistus visualisoituna
Glyseriini valittiin kaasunpoistoon, koska sen viskositeetti on samankaltainen kuin sulalla lasilla. Koska kokeet suoritetaan huoneenlämpötilassa, ultraäänikavitaatioprosessin seuranta on huomattavasti yksinkertaisempaa. Käytimme kahta koelaitteistoa, joissa pystyimme visuaalisesti tarkkailemaan ja tallentamaan kaasunpoistoprosessin. Mallintamalla fyysisesti ultraäänikaasunpoistoa sulasta lasista glyseriinin avulla voimme yksinkertaistaa tulevaa prosessin optimointia.
Ultraäänikavitaatio
Ultraäänikavitaatio tarkoittaa ultraääniaaltojen kohdistamista nesteisiin, mikä johtaa mikrokuplien tuotantoon, kasvuun, sykkimiseen ja romahtamiseen. Kavitaatio käynnistyy, kun kynnysenergiataso saavutetaan, joka on noin 0,15 MPa glyseriinille. Muodostuu tuhansia kuplia. Ne laajenevat ja romahtavat nopeasti, luoden nopeita iskuaaltoja ja useiden GPa:n korkeita paineita. Myös paikallisia korkeita lämpötiloja esiintyy.
Kaasukuplat muodostuvat kavitaatioytimille ja kasvavat diffuusion avulla glyserolista kuplaan. Jos nesteessä on jo kuplia, ne käyvät läpi diffuusiokasvun. Yksittäiset kuplat yhdistyvät niiden välisten vetovoimien vaikutuksesta (Bjerknes ja Bernoulli voimat). Niiden kasvaessa niiden noste kasvaa, ja ne nousevat pintaan ja vapauttavat kaasun ilmakehään.
Rekisteröidy tästä katsoaksesi koko elokuvan
Liikuta keskellä olevia nuolia hiirellä vasemmalta oikealle ja päinvastoin nähdäksesi täydet kuvat ennen ja jälkeen ultraäänikaasunpoiston.
Ultraäänikavitaation tulokset
Videot koko prosessista ovat saatavilla YouTubessa (rekisteröidy katsoaksesi ne): Molemmissa asetelmissa kuplien kasvu ja kuplien kuljetus akustisen virtauksen vaikutuksesta ovat selvästi nähtävissä. Akustinen virtaus johtaa paksujen kuplapilvimuodostelmien syntymiseen, jotka lopulta saavuttavat nesteen pinnan ja hajaantuvat. Asetelmassa 1 kavitaatiotapahtumia esiintyi pääasiassa sonotrodin pinnalla, ja ensimmäinen streameri ilmestyi noin 30 sekunnin kuluttua. Asetelmassa 2 streamereita muodostui koko nesteeseen, ja säiliön muodon vuoksi havaitaan seisovien aaltojen, solmukohtien ja vastasolmukohtien sekä korkean ja matalan energian alueiden vaikutuksia. Molemmilla alueilla kuplien nähdään liikkuvan toisiaan kohti ja yhdistyvän, mikä osoittaa merkittävää lupausta parannetulle lasin kirkastusprosessille.
Ennen kuin ultraäänienergiaa käytettiin näytteisiin, molemmat sisälsivät paljon pieniä kuplia, mikä teki niistä puoliläpikuultavia. Ajan myötä kuplat poistuivat ja glyseriin näytteet kirkastuivat. Kuva 1 esittää glyseriinin koejärjestelyssä 1 ennen koetta ja sen jälkeen. Kuva 2 esittää koenäytteen ja kontrollinäytteen ennen ultraäänen käyttöä ja sen jälkeen järjestelyssä 2. Järjestelyssä 1 noin 4,5 litraa glyseriiniä kirkastettiin kymmenen minuutin kuluessa.
Kokeellinen järjestely
Käytettiin kahta kokeellista järjestelyä. Ensimmäinen (järjestely 1) koostui 4,5 litran glyseriinikulhosta, joka sisälsi keraamisen sonotrodin. Toinen (järjestely 2) oli glyseriinillä täytetty kvartsilasinen tarkastelukenno, jonka mitat olivat K 63 x L 35 x S 10 mm, ja siihen kohdistettiin ulkoista ultraäänienergiaa. Toinen järjestely sisälsi myös identtisen kontrollinäytteen, johon ei kohdistettu ultraäänienergiaa.
Setup 1:ssä käytetty keraaminen sonotrodi on erityisesti kehitetty eliminoimaan seisovat aallot 20 kHz:n taajuudella. Tämä eliminoi halkeilun vaaran.
Johtopäätös
Ultraäänikavitaatiokuviot olivat selvästi näkyvissä glyseriinissä molempien kokeellisten järjestelyjen tuloksissa, mikä osoittaa, että tämä fysikaalinen malli on erinomainen tapa tutkia kaasunpoistoa viskooseissa väliaineissa, kuten sulassa lasissa.
Ultraäänellä tapahtuvalla kaasunpoistolla sulasta lasista on monia etuja verrattuna tavanomaisiin kaasunpoistomenetelmiin. Esimerkiksi se on nopeampaa, käyttää huomattavasti vähemmän energiaa eikä käytä myrkyllisiä lisäaineita. Lisäksi prosessin fyysinen mallintaminen glyseriinin avulla tarjoaa ihanteellisen tavan tutkia ja optimoida prosessia edelleen.