- Ultrasoon ontgassen van gesmolten metalen tot 2.300°C en gesmolten glas
- Maandag - Vrijdag : 09:00 - 19:00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226 st. tv. - 2100 Kopenhagen - Denemarken
Fysische modellering van ultrasone ontgassing in glycerine
Fysische modellering van ultrasone ontgassing in glycerine
Ultrasone ontgassing met glycerine, als testopstelling voor verder onderzoek.
ontgassing van gesmolten glas met behulp van glycerine: proof of concept gevisualiseerd
Glycerine werd gekozen voor ontgassing omdat het een vergelijkbare viscositeit heeft als gesmolten glas. Aangezien de experimenten bij kamertemperatuur worden uitgevoerd, is het monitoren van het ultrasone cavitatieproces aanzienlijk eenvoudiger. We gebruikten twee experimentele opstellingen waarmee we het ontgassingsproces visueel konden observeren en vastleggen. Door het fysiek modelleren van ultrasone ontgassing van gesmolten glas met glycerine, kunnen we toekomstige procesoptimalisatie vereenvoudigen.
Ultrasone cavitatie
Ultrasonische cavitatie omvat het toepassen van ultrasone golven op vloeistoffen, wat resulteert in de productie, groei, pulsatie en ineenstorting van microbelletjes. Cavitatie wordt geïnitieerd zodra een drempelenergieniveau wordt bereikt, dat ongeveer 0,15 MPa bedraagt voor glycerine. Er vormen zich vele duizenden belletjes. Deze zetten uit en storten snel in, waardoor hogesnelheidsschokgolven en hoge drukken van enkele GPa ontstaan. Er treden ook plaatselijke hoge temperaturen op.
Gasbellen vormen zich op de cavitatiekernen en groeien door diffusie van de glycerine naar de bel. Als de vloeistof al bellen bevat, ondergaan deze diffusiegroei. Individuele bellen coalesceren door aantrekkingskrachten tussen hen (Bjerknes en Bernoulli -krachten). Naarmate ze groeien, neemt hun drijfvermogen toe, en ze drijven naar het oppervlak en geven het gas af aan de atmosfeer.
Registreer hier om de volledige film te bekijken
Schuif de centrale pijlen met uw muis van links naar rechts en vice versa om de volledige afbeeldingen te zien vóór en na ultrasoon ontgassen.
Resultaten van ultrasone cavitatie
Video's van het volledige proces zijn beschikbaar op YouTube (registreer u om ze te bekijken): In beide opstellingen zijn belgroei en beltransport door akoestische stroming duidelijk zichtbaar. De akoestische stroming leidt tot dikke belwolken die uiteindelijk het oppervlak van de vloeistof bereiken en zich verspreiden. In opstelling 1 vonden cavitatiegebeurtenissen voornamelijk plaats aan het oppervlak van de sonotrode, en de eerste streamer verscheen na ongeveer 30 seconden. In opstelling 2 vormden zich streamers door de hele vloeistof en door de vorm van de container worden de effecten van staande golven, knooppunten en antiknooppunten, van hoge en lage energie waargenomen. In beide zones worden bellen naar elkaar toe zien bewegen en samensmelten, wat veelbelovend is voor een verbeterd glasverfijningsproces.
Voordat ultrasone energie op de monsters werd toegepast, bevatten ze beide veel kleine belletjes waardoor ze halfdoorzichtig waren. Na verloop van tijd werden de belletjes verwijderd en werden de glycerinemonsters helder. Figuur 1 toont de glycerine in experimentele opstelling 1 voor en na het experiment. Figuur 2 toont het experimentele monster en het controlevoorbeeld voor en na de toepassing van ultrasoon geluid in opstelling 2. In opstelling 1 werd ongeveer 4,5 liter glycerine binnen tien minuten geklaard.
Experimentele opstelling
Er werden twee experimentele opstellingen gebruikt. De eerste (opstelling 1) bestond uit een kom van 4,5 liter glycerine met daarin de keramische sonotrode. De tweede (opstelling 2) was een met glycerine gevulde cel van kwartsglas met afmetingen H 63 x B 35 x D 10 mm, waarop externe ultrasone energie werd toegepast. De tweede opstelling bevatte ook een identiek controlemonster waarop geen ultrasone energie werd toegepast.
De keramische sonotrode die in opstelling 1 wordt gebruikt, is speciaal ontwikkeld om staande golven bij 20 kHz te elimineren. Dit elimineert het gevaar van barsten.
Conclusie
De ultrasone cavitatiepatronen waren duidelijk zichtbaar in de glycerine in de resultaten van beide experimentele opstellingen, wat aantoont dat dit fysieke model een uitstekende manier is om ontgassing in viskeuze media zoals gesmolten glas te bestuderen.
Ultrasoon ontgassen van gesmolten glas heeft veel voordelen vergeleken met conventionele ontgassingsmethoden. Het is bijvoorbeeld sneller, verbruikt aanzienlijk minder energie en gebruikt geen giftige additieven. Bovendien biedt het fysiek modelleren van het proces met glycerine een ideale manier om het proces verder te bestuderen en te optimaliseren.