ИМСС УрО РАН, ПГНИУ
В настоящей работе экспериментально исследуется возникновение, динамика и взаимодействие парогазовых пузырьков, возникающих в следствии коалесценции кавитационных пузырьков при ультразвуковом (УЗ) воздействии, с поверхностью твердого тела при кондиционировании флотационной пульпы и последующей флотации.
В экспериментах использовалась лабораторная флотомашина ФМП-Л1 оснащенная аэрационным механизмом пневмомеханического типа с прямым (безременным) электроприводом. Для проведения кондиционирования исследуемой пульпы использовался сонохимический реактор представляющий собой кювету, изготовленную из оргстекла толщиной 3 мм. В центральной части дна кюветы располагался источник УЗ. Для визуализации пузырьков в различных экспериментах использовался либо лазерный нож, создаваемый цилиндрической линзой и зеленым лазером KLM 532, либо светодиодный колимированный источник света. Для регистрации динамики пузырьков использовалась высокоскоростная камера Basler A504kc с телецентрическим макро-объективом, и зеркальная камера Nikon D7200 [1, 2].
Во всех сериях эксперимента гидрофобность поверхности способствовала прикреплению к ней пузырьков. Диаметр прикрепленных пузырьков непрерывно увеличивался в течение всего времени ультразвукового облучения за счет коалесценции с пузырьками возникающих в результате акустической кавитации. Парогазовые пузырьки оставались прикрепленными к гидрофобной поверхности и не всплывали, так как поверхностные силы превышали силу Архимеда. Динамика парогазовых пузырьков на гидрофильной поверхности качественно отличается от динамики пузырьков на гидрофобной поверхности.
Исследование выполнено при финансовой поддержке из средств гранта Российского научного фонда (проект № 20-69-46066)
1.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.
2.Fattalov, O., Lyubimova, T., Rybkin, K., & Kuchinskiy, M. (2021). Experimental Study of the Processes of Formation, Drift and Levitation of Vapor–Gas Bubbles in Water Containing Surfactant Under the Action of Ultrasound. Microgravity Science and Technology, 33(2), 1-7.
Константин Анатольевич Рыбкин
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
В работе экспериментально определяется объемное содержание и распределение диаметра парогазовых пузырьков в зависимости от частоты, мощности ультразвукового воздействия и состава жидкости носителя.
Эксперимент проводился с использованием установки, схематично представленной на рисунке, состоящей из сонохимического реактора со сменным источником ультразвука с частотой 28 кГц, 40 кГц, 1,7 МГц и блока оптической регистрации парогазовых пузырьков в проточном режиме.
Принцип работы установки заключается в следующем. На первом этапе включается водяной насос, создающий непрерывный поток жидкости, затем в сонохимичском реакторе при включении ультразвука образуются кавитационные пузырьки, коалесценция [1] которых приводит к образованию видимых парогазовых пузырьков. Далее пузырьки с потоком жидкости попадают в блок оптической регистрации, где с использованием высокоскоростной камеры (Basler A504kc) с телецентрическим макрообъективом происходит подсчет общего количества пузырьков и измерение их диаметра. Для обработки результатов используется программное обеспечение с помощью которого построены графики зависимости количества парогазовых пузырьков, возникающих в жидкости с течением времени, и гистограммы распределения диаметра пузырьков в зависимости от внешних параметров и от времени включения источника ультразвука. Таким образом, можно оценить особенности коалесценции пузырьков в сонохимическом реакторе в зависимости от различных условий и состава жидкости.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-69-46066)
1. Firouzi M., Howes T., Nguyen A. V. A quantitative review of the transition salt concentration for inhibiting bubble coalescence //Advances in colloid and interface science. 2015. Т. 222. С. 305.
Виктория Олеговна Синицына
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
В работе экспериментально исследуется процесс коалесценции парогазовых пузырьков, возникающих при воздействии ультразвука (УЗ) на дистиллированную воду и водный раствор соли NaCl различной концентрации на поверхности акрилового стекла. Обсуждается зависимость скорости роста диаметра пузырька и средний диаметр его отрыва от поверхности акрилового стекла в зависимости от состава жидкости при УЗ воздействии.
Эксперимент проводился в ячейке размером 110×116×160 мм3, имеющей форму параллелепипеда. Для регистрации пузырьков использовалась высокоскоростная камера (Basler A504kc) с телецентрическим макрообъективом, которая фокусировалась на стенку кюветы. Для освещения использовался коллимированный источник контрового света. В качестве исследуемых жидкостей использовались дистиллированная вода и растворы NaCl с концентрациями 0,1 моль/л, 0,2 моль/л, 0,3 моль/л. На рисунках представлены экспериментальная установка и фотографии пузырьков, полученные в результате эксперимента.
Была проведена серия экспериментов, в которых кавитационные пузырьки активно коалесцировали в объеме жидкости и в результате дрейфа прикреплялись к поверхности акрилового стекла. [1] Таким образом, в результате коалесценции образуется крупный одиночный парогазовый пузырек, который через некоторое время всплывает под действием силы Архимеда. Средний диаметр пузырька при отрыве в дистиллированной воде составил 2.3 ± 0.3 мм.
В результате экспериментального исследования роста парогазового пузырька в воде и при различных концентрациях NaCl было выявлено, что динамика роста пузырька в воде и в растворе соли с концентрацией 0.1 моль/л и 0.2 моль/л практически одинаковая, а при концентрации соли 0.3 моль/л ситуация значительно меняется вследствие ингибирования коалесценции.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-69-46066)
1. Fattalov, O., Lyubimova, T., Rybkin, K., Kuchinskiy, M. Experimental Study of the Processes of Formation, Drift and Levitation of Vapor–Gas Bubbles in Water //Microgravity Science and Technology. 2021. Т. 33. №. 2. С. 1-7.
Ирина Алексеевна Фаттахова
