甘油中超声脱气的物理模型
使用甘油的超声脱气,为进一步研究提供了一个试验台。
使用甘油对熔融玻璃进行脱气:概念验证的可视化
选择甘油 进行脱气是因为它与熔融玻璃的粘度相似。由于实验是在室温下进行的,因此对超声波空化过程的监控就更加直接。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波脱气的物理建模,我们可以简化未来的工艺优化。
超声波空化作用
超声波空化是指对液体施加超声波,导致微气泡的产生、增长、脉动和崩溃。一旦达到阈值能级(甘油的阈值能级约为 0.15 兆帕),空化就会开始。数以千计的气泡形成。这些气泡膨胀并迅速坍塌,产生高速冲击波和数 GPa 的高压。同时还会出现局部高温。
气泡在空化核上形成,并通过扩散从甘油进入气泡而增长。如果液体中已经含有气泡,那么这些气泡就会进行扩散生长。单个气泡由于它们之间的吸引力(Bjerknes和Bernoulli 力)而凝聚起来。随着它们的增长,它们的浮力增加,它们漂浮到表面并将气体释放到大气中。
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用鼠标从左到右滑动中间的箭头,反之亦然,可以看到超声脱气前后的完整图像。




超声波空化的结果
整个过程的视频可以在YouTube上看到(请注册后观看)。在这两个设置中,气泡的增长和气泡通过声波流的传输是清晰可见的。声波流导致厚厚的气泡云形成,最终到达液体表面并分散。在设置1中,空化事件主要发生在声测仪的表面,第一个流线在大约30秒后出现。在设置2中,流线在整个液体中形成,由于容器的形状,观察到高能量和低能量的驻波、结点和反结点区的影响。在这两个区域中,可以看到气泡相互移动并凝聚在一起,显示出改进玻璃磨光工艺的重要前景。
在对样品施加超声波能量之前,它们都含有许多微小的气泡,使它们成为半透明的。随着时间的推移,这些气泡被去除,甘油样品澄清了。图1显示了实验装置1中的甘油在实验前后的情况。图2显示了设置2中应用超声波前后的实验样品和对照样品。 在设置1中,大约4.5升甘油在10分钟内被澄清。
实验设置
使用了两个实验装置。第一个实验装置(装置 1)是一个 4.5 升的甘油碗,里面装有陶瓷超声探头。第二个实验装置(装置 2)是一个装满甘油的石英玻璃观察池,尺寸为高 63 x 宽 35 x 深 10 毫米,向其施加外部超声波能量。第二个装置还包括一个相同的对照样品,但没有施加超声波能量。
设置1中使用的陶瓷声纳电极是专门为消除20kHz的驻波而开发的。这就消除了开裂的危险。
总结
在两个实验设置的结果中,甘油中的超声空化模式都清晰可见,这表明该物理模型是研究熔融玻璃等粘性介质脱气的绝佳方法。
与传统的脱气方法相比,超声波为熔融玻璃脱气有许多优点。例如 速度更快、能耗更低、不使用有毒添加剂。.此外,使用甘油对工艺进行物理建模,为进一步研究和优化工艺提供了理想的方法。