Экспериментальное исследование поведения парогазовых пузырьков в водных растворах солей NaCl и KCl вблизи твердых пластин под действием ультразвука
Автор: Константин Анатольевич Рыбкин
Соавторы: К. А. Рыбкин, О. О. Фатталов, Т. П. Любимова, Л. О. Филлипов
Организация: Пермский государственный национальный исследовательский университет
В настоящей работе экспериментально исследована динамика парогазовых пузырьков, возникающих в воде и водно-солевых растворах в результате коалесценции кавитационных пузырьков, образующихся под действием ультразвука (УЗ), вблизи твердых поверхностей [1] с различными свойствами.
В экспериментах использовалась кювета, имеющая форму параллелепипеда, с размерами 110×116×160 мм3 (Рис. 1. А). Кювета была изготовлена из оргстекла толщиной 3мм. В центральной части кюветы строго вертикально закреплялись пластины, изготовленные из стекла, тефлона и оргстекла. Для визуализации пузырьков использовался лазерный нож, создаваемый цилиндрической линзой и зеленым лазером KLM 532. Для регистрации динамики пузырьков использовалась высокоскоростная камера Basler A504kc и зеркальная камера Nikon D7200, подробно методика описана в статье [2].
Эксперименты показали значительное влияние концентрации соли в воде и свойств твердой поверхности на поведение пузырьков, как при действии УЗ, так и после его отключения. В 20% водном растворе NaCl при действии УЗ на гидрофильную поверхность стекла, пузырьки оставались неподвижными, а в момент отключения УЗ всплывала лишь незначительная их часть. При аналогичных условиях на гидрофобной поверхности фторопласта наблюдаются подвижные пузырьки, всплывающие при отключении УЗ. Эксперименты показали, что в случае гидрофильной поверхности, при концентрации соли в растворах около 3%, суммарная площадь пузырьков, прикрепившихся к твердой поверхности, растет, со временем, нелинейно. В случае гидрофобной поверхности линейный рост наблюдается лишь при 30% концентрации KCl (Рис. 1. Б, В).
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-69-46066).
1. Lyubimova T. P. et al. Dynamics of Vapor-Gas Bubbles in a Liquid Near Solid Surfaces with Different Properties //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2019. – Т. 581. – №. 1. – С. 012041.
2. Rybkin K. A. 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, 2017. – Т. 879. – №. 1. – С. 012026.
