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甘油超音波脫氣的物理模型

利用甘油進行超音波脫氣,為進一步研究提供試驗平台。.

利用甘油對熔融玻璃進行脫氣:概念驗證可視化

選擇甘油 進行脫氣是因為其黏度與熔融玻璃的黏度相近。由於實驗在室溫下進行,因此監測超音波空化過程要簡單得多。我們使用了兩種實驗裝置,可以直觀地觀察和記錄脫氣過程。透過使用甘油對熔融玻璃進行超音波脫氣進行物理建模,我們可以簡化未來的製程優化。

超音波空化

超音波空化 是指將超音波施加到液體上,從而產生、生長、脈動和破裂微氣泡。當能量達到閾值時,空化現象就會發生,甘油的閾值約為 0.15 MPa。此時會形成數千個氣泡。這些氣泡膨脹並迅速破裂,產生高速衝擊波和高達數吉帕的高壓。同時也會出現局部高溫。

氣泡在空化核上形成,並透過甘油向氣泡內部擴散而增長。如果液體中已經存在氣泡,則這些氣泡會透過擴散而增長。單一氣泡由於彼此間的吸引力(比耶克尼斯力伯努利 力)而合併。隨著氣泡的增長,它們的浮力增大,最終上升到液面並將氣體釋放到大氣中。

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用滑鼠將中心箭頭從左向右滑動,反之亦然,即可查看超音波脫氣前後的完整影像。.

超音波空化的結果

完整的實驗過程影片可在 YouTube 上觀看(請註冊觀看): 在兩種實驗裝置中,氣泡的生長和聲流作用下的氣泡輸送過程均清晰可見。聲流導致形成厚厚的氣泡雲,最終到達液體表面並分散。在裝置 1 中,空化現象主要發生在聲波電極表面,約 30 秒後出現第一聲流。在裝置 2 中,聲流在整個液體中形成,並且由於容器的形狀,觀察到了駐波、節點區和反節點區以及高低能量區域的影響。在兩個區域中,氣泡均相互靠近並聚結,這表明該方法在改進玻璃精細化過程方面具有顯著潛力。

在對樣品施加超音波能量之前,它們都含有許多微小氣泡,使其呈現半透明。隨著時間的推移,氣泡被去除,甘油樣品變得澄清。圖1顯示了實驗裝置1中甘油在實驗前後的狀態。圖2顯示了裝置2中實驗樣品和對照樣品在施加超音波能量前後的狀態。在裝置1中,大約4.5升甘油在十分鐘內澄清。.

實驗裝置

本實驗採用了兩種裝置。第一種裝置(裝置1)包括一個裝有4.5公升甘油的容器,容器內放置陶瓷超音波電極。第二種裝置(裝置2)是裝有甘油的石英玻璃觀察池,尺寸為高63毫米 x 寬35毫米 x 深10毫米,並施加外部超音波能量。第二種裝置也包含一個相同的對照樣品,但未施加超音波能量。.

裝置 1 中使用的陶瓷超音波電極是專門開發的,用於消除 駐波 。這消除了開裂的風險。

結論

在兩種實驗裝置的結果中,甘油中都清楚地顯示了超音波空化圖案,這表明該物理模型是研究熔融玻璃等黏性介質中脫氣現象的絕佳方法。

超音波 脫氣 具有許多優點。例如,它 速度更快、能耗更低,且無需使用任何有毒添加劑。此外,利用甘油對該過程進行物理模擬,為進一步研究和優化該製程提供了理想的途徑。