- Dégazage par ultrasons des métaux en fusion jusqu'à 2 300 °C et du verre en fusion
- Du lundi au vendredi : 9h00 - 19h00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226 st. TV. - 2100 Copenhague - Danemark
Le dégazage ultrasonique à la glycérine constitue un banc d'essai pour des études ultérieures.
Dégazage du verre en fusion à l'aide de glycérine : preuve de concept visualisée
La glycérine a été choisie pour le dégazage en raison de sa viscosité similaire à celle du verre en fusion. Les expériences étant réalisées à température ambiante, le suivi du processus de cavitation ultrasonique est considérablement simplifié. Nous avons utilisé deux dispositifs expérimentaux permettant l'observation et l'enregistrement visuels du dégazage. La modélisation physique du dégazage ultrasonique du verre en fusion à l'aide de glycérine permettra de simplifier l'optimisation future du procédé.
Cavitation ultrasonique
La cavitation ultrasonique consiste à appliquer des ondes ultrasoniques à des liquides, ce qui provoque la production, la croissance, la pulsation et l'implosion de microbulles. La cavitation se déclenche lorsqu'un seuil d'énergie est atteint, soit environ 0,15 MPa pour la glycérine. Des milliers de bulles se forment alors. Celles-ci se dilatent et implosent rapidement, créant des ondes de choc à grande vitesse et des pressions élevées de plusieurs GPa. Des températures localement élevées apparaissent également.
Des bulles de gaz se forment sur les noyaux de cavitation et grossissent par diffusion à partir de la glycérine contenue dans la bulle. Si le liquide contient déjà des bulles, celles-ci subissent également une croissance par diffusion. Les bulles individuelles fusionnent sous l'effet des forces d'attraction qui s'exercent entre elles (de Bjerknes et de Bernoulli ). En grossissant, leur flottabilité augmente, elles remontent à la surface et libèrent le gaz dans l'atmosphère.
Inscrivez-vous ici pour regarder le film complet
Faites glisser les flèches centrales avec votre souris de gauche à droite et inversement pour voir les images complètes avant et après le dégazage ultrasonique.
Résultats de la cavitation ultrasonique
Des vidéos du processus complet sont disponibles sur YouTube (inscription requise pour les visionner) : dans les deux configurations, la croissance et le transport des bulles par flux acoustique sont clairement visibles. Ce flux acoustique engendre la formation d'épais nuages de bulles qui finissent par atteindre la surface du liquide et se disperser. Dans la configuration 1, les phénomènes de cavitation se produisent principalement à la surface de la sonotrode, et le premier streamer apparaît après environ 30 secondes. Dans la configuration 2, les streamers se forment dans tout le liquide et, du fait de la forme du récipient, les effets des ondes stationnaires, des zones nodales et antinodales, de haute et de basse énergie sont observés. Dans les deux zones, les bulles se déplacent les unes vers les autres et fusionnent, ce qui représente une avancée significative pour l'amélioration du procédé d'affinage du verre.
Avant l'application des ultrasons, les échantillons contenaient de nombreuses microbulles, ce qui les rendait semi-opaques. Au fil du temps, les bulles ont disparu et les échantillons de glycérine se sont clarifiés. La figure 1 montre la glycérine dans le dispositif expérimental 1 avant et après l'expérience. La figure 2 montre l'échantillon expérimental et l'échantillon témoin avant et après l'application des ultrasons dans le dispositif 2. Dans le dispositif 1, environ 4,5 litres de glycérine ont été clarifiés en dix minutes.
Dispositif expérimental
Deux dispositifs expérimentaux ont été utilisés. Le premier (dispositif 1) consistait en un récipient de 4,5 litres contenant de la glycérine et la sonotrode en céramique. Le second (dispositif 2) était une cellule d'observation en verre de quartz remplie de glycérine (dimensions : H 63 mm × L 35 mm × P 10 mm) à laquelle était appliquée une énergie ultrasonore externe. Ce second dispositif comprenait également un échantillon témoin identique auquel aucune énergie ultrasonore n'était appliquée.
La sonotrode en céramique utilisée dans la configuration 1 a été spécialement conçue pour éliminer les ondes stationnaires à 20 kHz. Ceci élimine tout risque de fissuration.
Conclusion
Les motifs de cavitation ultrasonique étaient clairement visibles dans la glycérine dans les résultats des deux configurations expérimentales, démontrant que ce modèle physique est un excellent moyen d'étudier le dégazage dans les milieux visqueux tels que le verre fondu.
Le dégazage par ultrasons du verre en fusion présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes de dégazage classiques. Il est notamment plus rapide, consomme beaucoup moins d'énergie et n'utilise aucun additif toxique . De plus, la modélisation physique du procédé à l'aide de glycérine constitue un outil idéal pour approfondir son étude et l'optimiser.