- Ultraljudsavgasning av smälta metaller upp till 2 300 °C och smält glas
- Måndag - fredag: 09:00 - 19:00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226 st. tv. - 2100 Köpenhamn - Danmark
Ultraljudsavgasning med glycerin, vilket ger en testbädd för vidare studier.
avgasning av smält glas med glycerin: visualisering av konceptet
Glycerin valdes för avgasning eftersom det har en liknande viskositet som smält glas. Eftersom experimenten utförs vid rumstemperatur är det betydligt enklare att övervaka ultraljudskavitationsprocessen. Vi använde två experimentella uppställningar där vi visuellt kunde observera och registrera avgasningsprocessen. Genom att fysiskt modellera ultraljudsavgasning av smält glas med glycerin kan vi förenkla framtida processoptimering.
Ultraljudskavitation
Ultraljudskavitation innebär att ultraljudsvågor appliceras på vätskor, vilket resulterar i produktion, tillväxt, pulsering och kollaps av mikrobubblor. Kavitation initieras när en tröskelenerginivå uppnås, vilket är cirka 0,15 MPa för glycerin. Många tusen bubblor bildas. Dessa expanderar och kollapsar snabbt, vilket skapar höghastighetschockvågor och höga tryck på flera GPa. Lokala höga temperaturer förekommer också.
Gasbubblor bildas på kavitationskärnorna och växer genom diffusion från glycerinet in i bubblan. Om vätskan redan innehåller bubblor, genomgår dessa diffusionstillväxt. Individuella bubblor sammansmälter på grund av attraktionskrafter mellan dem (Bjerknes- och Bernoulli -krafter). När de växer ökar deras flytkraft, och de flyter upp till ytan och släpper ut gasen till atmosfären.
Registrera dig här för att se hela filmen
Skjut mittpilarna med musen från vänster till höger och vice versa för att se fullständiga bilder före och efter ultraljudsavgasning.
Resultat av ultraljudskavitation
Videor av hela processen finns tillgängliga på YouTube (registrera dig för att titta på dem): I båda uppställningarna är bubbeltillväxt och bubbeltransport genom akustisk strömning tydligt synliga. Den akustiska strömningen leder till tjocka bubbelmolnformationer som så småningom når vätskans yta och sprider sig. I uppställning 1 inträffade kavitationshändelser huvudsakligen vid sonotrodens yta, och den första streamern dök upp efter cirka 30 sekunder. I uppställning 2 bildades streamers i hela vätskan och på grund av behållarens form observeras effekterna av stående vågor, nodala och antinodala zoner, med hög och låg energi. I båda zonerna ses bubblor röra sig mot varandra och koalescera, vilket visar ett betydande löfte om en förbättrad glasfineringsprocess.
Innan ultraljudsenergi applicerades på proverna innehöll båda många små bubblor vilket gjorde dem halvopaka. Med tiden togs bubblorna bort och glycerinproverna klarnade. Figur 1 visar glycerinet i experimentell uppställning 1 före och efter experimentet. Figur 2 visar experimentprovet och kontrollprovet före och efter applicering av ultraljud i uppställning 2. I uppställning 1 klarnades cirka 4,5 liter glycerin inom tio minuter.
Experimentell uppställning
Två experimentella uppställningar användes. Den första (uppställning 1) bestod av en 4,5-liters skål med glycerin innehållande den keramiska sonotroden. Den andra (uppställning 2) var en glycerinfylld kvartsglascell med måtten H 63 x B 35 x D 10 mm, till vilken extern ultraljudsenergi applicerades. Den andra uppställningen inkluderade också ett identiskt kontrollprov till vilket ingen ultraljudsenergi applicerades.
Den keramiska sonotroden som används i uppställning 1 har specialutvecklats för att eliminera stående vågor vid 20 kHz. Detta eliminerar risken för sprickbildning.
Slutsats
Ultraljudskavitationsmönstren var tydligt synliga i glycerinet i resultaten från båda experimentuppsättningarna, vilket visar att denna fysikaliska modell är ett utmärkt sätt att studera avgasning i viskösa medier såsom smält glas.
Ultraljudsavgasning av smält glas har många fördelar jämfört med konventionella avgasningsmetoder. Till exempel är det snabbare , använder betydligt mindre energi och använder inga giftiga tillsatser . Dessutom är fysisk modellering av processen med hjälp av glycerin ett idealiskt sätt att studera vidare och optimera processen.