- Ultrasone ontgassing van gesmolten metalen tot 2.300 °C en gesmolten glas
- Maandag - vrijdag: 09:00 - 19:00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226, 1e verdieping - 2100 Kopenhagen - Denemarken
Ultrasoon ontgassen met behulp van glycerine, waarmee een proefopstelling voor verder onderzoek wordt geboden.
Ontgassing van gesmolten glas met behulp van glycerine: visuele weergave van het proof of concept
Er is gekozen voor glycerine voor het ontgassen, omdat dit een vergelijkbare viscositeit heeft als gesmolten glas. Aangezien de experimenten bij kamertemperatuur worden uitgevoerd, is het aanzienlijk eenvoudiger om het ultrasone cavitatieproces te volgen. We hebben twee experimentele opstellingen gebruikt waarmee we het ontgassingsproces visueel konden observeren en vastleggen. Door het ultrasone ontgassen van gesmolten glas met behulp van glycerine fysisch te modelleren, kunnen we toekomstige procesoptimalisatie vereenvoudigen.
Ultrasone cavitatie
Bij ultrasone cavitatie worden ultrasone golven op vloeistoffen toegepast, wat leidt tot het ontstaan, de groei, de pulsatie en het instorten van microbellen. Cavitatie treedt op zodra een drempelenergieniveau wordt bereikt, dat voor glycerine ongeveer 0,15 MPa bedraagt. Er ontstaan vele duizenden bellen. Deze zetten uit en storten snel in, waardoor schokgolven met hoge snelheid en hoge drukken van enkele GPa ontstaan. Ook treden plaatselijk hoge temperaturen op.
Er vormen zich gasbellen op de cavitatiekernen, die groeien doordat gas uit de glycerine in de bel diffundeert. Als de vloeistof al bellen bevat, groeien deze door diffusie. Afzonderlijke bellen smelten samen door aantrekkingskrachten tussen elkaar (Bjerknes- en Bernoulli-krachten ). Naarmate ze groeien, neemt hun drijfvermogen toe, waarna ze naar het oppervlak drijven en het gas aan de atmosfeer afgeven.
Registreer je hier om de volledige film te bekijken
Schuif de pijltjes in het midden met je muis van links naar rechts en omgekeerd om de volledige afbeeldingen vóór en na het ultrasoon ontgassen te bekijken.
Resultaten van ultrasone cavitatie
Op YouTube zijn video’s van het volledige proces te bekijken (registreer je om ze te kunnen bekijken): In beide opstellingen zijn de groei van bellen en het transport ervan door akoestische stroming duidelijk zichtbaar. De akoestische stroming leidt tot de vorming van dichte bellenwolken die uiteindelijk het vloeistofoppervlak bereiken en zich verspreiden. In opstelling 1 deden zich cavitatieverschijnselen voornamelijk voor aan het oppervlak van de sonotrode, en verscheen de eerste streamer na ongeveer 30 seconden. In opstelling 2 vormden zich streamers door de hele vloeistof heen en vanwege de vorm van de houder worden de effecten van staande golven, knoop- en antiknoopzones, met hoge en lage energie waargenomen. In beide zones is te zien dat bellen naar elkaar toe bewegen en samensmelten, wat veelbelovend is voor een verbeterd glaszuiveringsproces.
Voordat de monsters met ultrasone energie werden behandeld, bevatten ze beide veel kleine belletjes, waardoor ze halfdoorzichtig waren. Na verloop van tijd verdwenen de belletjes en werden de glycerinemonsters helder. Figuur 1 toont de glycerine in proefopstelling 1 voor en na het experiment. Figuur 2 toont het experimentele monster en het controlemonster voor en na de toepassing van ultrasone energie 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 met glycerine waarin de keramische sonotrode was geplaatst. De tweede (opstelling 2) was een met glycerine gevulde kwartsglazen kijkcel met afmetingen H 63 x B 35 x D 10 mm, waarop externe ultrasone energie werd toegepast. De tweede opstelling omvatte 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. Hierdoor wordt het risico op barsten uitgesloten.
Conclusie
De ultrasone cavitatiepatronen waren in de glycerine duidelijk zichtbaar in de resultaten van beide experimentele opstellingen, waaruit blijkt dat dit fysische model een uitstekende methode is om ontgassing in viskeuze media, zoals gesmolten glas, te bestuderen.
Ultrasone ontgassing van gesmolten glas biedt tal van voordelen ten opzichte van conventionele ontgassingsmethoden. Zo is het bijvoorbeeld sneller, verbruikt aanzienlijk minder energie en er worden geen giftige additieven gebruikt. Bovendien biedt het fysisch modelleren van het proces met behulp van glycerine een ideale manier om het proces verder te bestuderen en te optimaliseren.