Динамика парогазовых пузырьков находящихся в жидкости при различной степени дегазации под воздействием ультразвука

Автор: Матвей Максимович Гончаров

Соавторы: М.М. Гончаров, М. В. Козлов, К.А. Рыбкин

Организация: Пермский государственный национальный исследовательский университет

Динамика парогазовых пузырьков находящихся в жидкости при различной степени дегазации под воздействием ультразвука

 

Динамика возникающих в жидкости кавитационных пузырьков зависит от различных факторов, могут наблюдаться как коллапс пузырьков, так и их коалесценция и длительное существование относительно крупных пузырьков, как в объеме жидкости, так и вблизи твердых поверхностей [1].

Дегазация жидкости — процесс уменьшения содержания газа в жидкости. На данный момент существуют химические и физические способы дегазации. В основе химических методов удаления из воды, растворенных газов лежит их химическое связывание, достигаемое введением реагентов или фильтрованием через специальные загрузки. Сущность физических методов дегазации заключается в следующем: вода, содержащая удаляемый газ, приводится в соприкосновение с воздухом, если парциальное давление этого газа в воздухе близко к нулю; создаются условия, при которых растворимость газа в воде становится ничтожно малой.

В данной работе рассматривается ультразвуковой способ дегазации жидкости. При ультразвуковой обработке жидкости создается большое количество малых пузырьков, в которые мигрирует растворенный газ и увеличивает размер этих пузырьков. Далее, за счет силы Архимеда пузырьки поднимаются на поверхность воды и высвобождают находящийся внутри газ во внешнюю среду.

В настоящей работе проведены эксперименты по изучению динамики парогазовых пузырьков дрейфующих вблизи твердых поверхностей под действием ультразвука с использованием дистиллированной воды, а также растворами NaCl и KCl с различными концентрациями, для пластин из аморфного кварца, органического стекла и тефлона. Разработана методика оценки площади поверхности пластины покрытой пузырьками.

Эксперименты показали, что на скорость роста площади, занимаемой пузырьками, существенно влияет степень дегазации воды. При длительной дегазации воды пузырьковые кластеры на поверхности оргстекла практически не образуются. Однако, на поверхности тефлона можно выделить несколько зон в которых наблюдалось устойчивое прикрепление пузырьков, возможно, вследствие диффузии воздуха с открытой поверхности жидкости в кювете.

Экспериментально подтверждено различие в динамике роста площади, покрытой пузырьками, для тефлона и оргстекла. Результаты работы могут найти применение при объяснении влияния дегазации растворов на качество флотации руд, в частности сильвинитовой руды.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 19-31-90138).

 

 

1. K. A. Rybkin, Yu. K. Bratukhin, T. P. Lyubimova et al. Experimental study of formation and dynamics of cavitation bubbles and acoustic flows in NaCl, KCl water solutions // Journal of Physics: Conference Series / IOP Publishing. — Vol. 879. — 2017. — P. 012026.