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グリセリン中の超音波脱気の物理モデル化

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グリセリン中の超音波脱気の物理モデル化

グリセリンを用いた超音波脱気は、今後の研究のための試験場を提供する。.

グリセリンを用いた溶融ガラスの脱ガス：概念実証の可視化

グリセリンは 溶融ガラスと粘度が似ているため、脱気剤として選択されました。実験は室温で行われるため、超音波キャビテーションプロセスのモニタリングははるかに容易です。私たちは、脱気プロセスを視覚的に観察および記録できる2つの実験装置を使用しました。 超音波脱気を 、今後のプロセス最適化を簡素化できます。

超音波キャビテーション

超音波キャビテーション とは、液体に超音波を照射することで、微小気泡が生成、成長、脈動、そして崩壊する現象である。キャビテーションは、グリセリンの場合、約0.15 MPaの閾値エネルギーレベルに達すると開始される。数千個もの気泡が形成され、これらは膨張と急速な崩壊を繰り返し、数GPaにも及ぶ高圧と高速の衝撃波を発生させる。また、局所的な高温も生じる。

気泡はキャビテーション核上に形成され、グリセリンから気泡内部への拡散によって成長します。液体中に既に気泡が存在する場合は、それらの気泡も拡散成長します。個々の気泡は、互いに働く引力（ビャークネス力 と ベルヌーイ 力）によって合体します。成長するにつれて浮力が増し、気泡は水面に浮かび上がり、ガスを大気中に放出します。

フルムービーを視聴するには、こちらから登録してください。
マウスで中央の矢印を左から右、または右から左にスライドさせると、超音波脱気処理の前後の画像全体が表示されます。.

超音波キャビテーションの結果

プロセス全体の動画は YouTube でご覧いただけます (視聴するには登録が必要です)。 どちらのセットアップでも、気泡の成長と音響流による気泡の輸送がはっきりと確認できます。音響流によって厚い気泡雲が形成され、最終的に液体の表面に到達して分散します。セットアップ 1 では、キャビテーション現象は主にソノトロードの表面で発生し、最初のストリーマーは約 30 秒後に現れました。セットアップ 2 では、ストリーマーが液体全体に形成され、容器の形状により、定常波、高エネルギーと低エネルギーの節と反節領域の影響が観察されます。どちらの領域でも、気泡が互いに近づいて合体する様子が見られ、ガラスの清澄化プロセスの改善に大きな可能性を示しています。

超音波エネルギーを試料に照射する前は、両方の試料に多数の微細な気泡が含まれており、半透明の状態でした。時間が経つにつれて気泡は除去され、グリセリン試料は透明になりました。図1は、実験装置1における実験前後のグリセリンを示しています。図2は、装置2における超音波照射前後の実験試料と対照試料を示しています。装置1では、約4.5リットルのグリセリンが10分以内に透明になりました。.

実験装置

2種類の実験装置を用いた。1つ目（装置1）は、セラミック製ソノトロードを収容した4.5リットルのグリセリン入りボウルで構成された。2つ目（装置2）は、高さ63mm、幅35mm、奥行き10mmのグリセリン入り石英ガラス製観察セルで、これに外部から超音波エネルギーを印加した。装置2には、超音波エネルギーを印加しない同一の対照サンプルも含まれていた。.

セットアップ1で使用されているセラミック製ソノトロードは、 20kHzにおける定在波を除去するために特別に開発されたものです。これにより、ひび割れの危険性がなくなります。

結論

両方の実験装置の結果において、グリセリン中に超音波キャビテーションパターンが明確に観察され、この物理モデルが溶融ガラスなどの粘性媒体における脱ガスを研究する優れた方法であることが実証された。

超音波 脱ガスは 、従来の脱ガス方法に比べて多くの利点があります。例えば、処理速度が 速く、エネルギー消費量が大幅に少なく、有害な添加物も使用しません。さらに、グリセリンを用いた物理的モデル化は、プロセスをさらに研究し最適化するための理想的な方法となります。