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甘油超声脱气的物理模型

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甘油超声脱气的物理模型

利用甘油进行超声波脱气，为进一步研究提供试验平台。.

利用甘油对熔融玻璃进行脱气：概念验证可视化

选择甘油 进行脱气是因为其粘度与熔融玻璃的粘度相近。由于实验在室温下进行，因此监测超声空化过程要简单得多。我们使用了两种实验装置，可以直观地观察和记录脱气过程。通过使用甘油对熔融玻璃进行超声脱气进行物理建模，我们可以简化未来的工艺优化。

超声空化

超声空化 是指将超声波施加到液体上，从而产生、生长、脉动和破裂微气泡。当能量达到阈值时，空化现象就会发生，甘油的阈值约为 0.15 MPa。此时会形成数千个气泡。这些气泡膨胀并迅速破裂，产生高速冲击波和高达数吉帕的高压。同时还会出现局部高温。

气泡在空化核上形成，并通过甘油向气泡内部扩散而增长。如果液体中已经存在气泡，则这些气泡会通过扩散增长。单个气泡由于彼此间的吸引力（比耶克尼斯力 和 伯努利 力）而合并。随着气泡的增长，它们的浮力增大，最终上升到液面并将气体释放到大气中。

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用鼠标将中心箭头从左向右滑动，反之亦然，即可查看超声波脱气前后的完整图像。.

超声空化的结果

完整的实验过程视频可在 YouTube 上观看（请注册观看）： 在两种实验装置中，气泡的生长和声流作用下的气泡输送过程均清晰可见。声流导致形成厚厚的气泡云，最终到达液体表面并分散。在装置 1 中，空化现象主要发生在声波电极表面，大约 30 秒后出现第一条声流。在装置 2 中，声流在整个液体中形成，并且由于容器的形状，观察到了驻波、节点区和反节点区以及高低能量区域的影响。在两个区域中，气泡均相互靠近并聚结，这表明该方法在改进玻璃精细化工艺方面具有显著潜力。

在对样品施加超声能量之前，它们都含有许多微小气泡，使其呈半透明状。随着时间的推移，气泡被去除，甘油样品变得澄清。图1显示了实验装置1中甘油在实验前后的状态。图2显示了装置2中实验样品和对照样品在施加超声能量前后的状态。在装置1中，大约4.5升甘油在十分钟内澄清。.

实验装置

本实验采用了两种装置。第一种装置（装置1）包括一个装有4.5升甘油的容器，容器内放置陶瓷超声电极。第二种装置（装置2）是一个装有甘油的石英玻璃观察池，尺寸为高63毫米 x 宽35毫米 x 深10毫米，并对其施加外部超声能量。第二种装置还包含一个相同的对照样品，但未施加超声能量。.

装置 1 中使用的陶瓷超声电极是专门开发的，用于消除 驻波 。这消除了开裂的风险。

结论

在两种实验装置的结果中，甘油中都清晰地显示了超声空化图案，这表明该物理模型是研究熔融玻璃等粘性介质中脱气现象的绝佳方法。

超声波 脱气 具有诸多优势。例如，它 速度更快、能耗更低，且无需使用任何有毒添加剂。此外，利用甘油对该过程进行物理模拟，为进一步研究和优化该工艺提供了理想的途径。