 | Ультразвуковая дегазация |  |
Процесс уменьшения содержания газа в жидкости под воздействием акустических колебаний ультразвукового диапазона
Анимация Описание Под ультразвуковой дегазацией понимается процесс уменьшения содержания газа в жидкости, находящейся в ней как в растворенном состоянии, так и в виде пузырьков, под воздействием акустических колебаний ультразвукового диапазона. Основные характеристики процесса дегазации: скорость изменения концентрации С газа в жидкости  и квазиравновесная концентрация газа  , т.е. постоянная концентрация, которая устанавливается в жидкости при наличии ультразвукового поля через некоторый промежуток времени. Изменение концентрации газа в жидкости в акустическом поле за время облучения определяется выражением:  ,
где C0 - начальная концентрация; b - параметр, определяемый акустическими характеристиками - интенсивностью звука и частотой звуковых колебаний. Различают два режима ультразвуковой дегазации: докавитационный и при наличии кавитации (кавитационный). В первом случае скорость изменения концентрации пропорциональна интенсивности звука, а ее зависимость от частоты f, полученная из обобщения данных эксперимента, имеет вид:  ,
где В, n, k - некоторые эмпирические константы. Для процесса дегазации воды (по воздуху) при интенсивности ультразвука I=0,03 Вт/см2, В=2,3*10-13, n=1,43 и k=6,7*10-6; причем скорость изменения концентрации максимальна на частоте f»200 кГц. Величина  от интенсивности ультразвука и частоты не зависит. Влияние акустических колебаний жидкости на установившееся значение концентрации характеризуется безразмерным параметром  , где Ср - равновесная концентрация в отсутствии звука. При статическом давлении 106 Па (1 атм) и температуре 293 К (20 0С) величина g составляет 0,3 (30%). С понижением статического давления параметр g растет и при давлении 0,5*105 Па (0,5 атм) достигает 0,7 (70%). В условиях кавитации скорость изменения концентрации также пропорциональна интенсивности звука, но растет с увеличением последней быстрее (нелинейно выпуклостью вниз), чем в докавитационном режиме, т.е. кавитация способствует ускорению выделения газа из жидкости. Величина  сохраняет при этом значение, соответствующее докавитационным условиям. Лишь при очень высоких уровнях интенсивность звука может реализовать такой режим колебаний кавитационных пузырьков, при котором дальнейший рост интенсивности вызывает уменьшение скорости дегазации. Современные представления о механизме ультразвуковой дегазации связаны с предположением о наличии в жидкости зародышей в виде стабильных пузырьков газа, обладающих особыми свойствами, обеспечивающими им возможность длительного существования даже при высоких статических давлениях. В средах, где присутствуют твердые несмачиваемые примеси (например, в жидких металлах), газовая фаза содержится также в микроскопических неровностях их поверхностей. При интенсивности звука, превосходящей порог кавитации могут формироваться новые "осколочные" зародыши, возникающие при захлопывании пузырьков, так что общее число пузырьков - зародышей резко возрастает. На первой стадии дегазации пузырьки газа колеблются в акустическом поле и увеличивают свои размеры вследствие диффузии в них растворенного газа. Наряду с диффузией увеличение размеров пузырьков связано с так называемой коалесценцией , т.е. слиянием пар или групп пузырьков под действием сил акустигидродинамического происхождения. На второй стадии ультразвуковой дегазации пузырьки газа, достигнувшие определенного размера поднимаются к поверхности жидкости и выделяются в атмосферу (окружающую среду). Временные характеристики Время инициации (log to от 0 до 1); Время существования (log tc от 1 до 6); Время деградации (log td от 0 до 1); Время оптимального проявления (log tk от 1 до 5). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация эффекта Лабораторная ультразвуковая ванна заполняется жидкостью, предварительно насыщенной газом под давлением (хорошо пойдет обычная холодная вода из-под крана, насыщенная хлором). При включении ультразвука наблюдается активное выделение пузырьков газа, заканчивающееся в течение двух-трех минут это и есть ультразвуковая дегазация. Применение эффекта Эффект ультразвуковой дегазации используется в промышленной практике при производстве металлов, стекла, смол, вискозы, масел и т.д. Наибольшая эффективность дегазации в этих средах наблюдается в ультразвуковых полях высокой интенсивности с активным протеканием акустической кавитации. Для ультразвуковой дегазации применяют мощные магнитострикционные преобразователи с частотой 10-20 кГц. Литература  1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.
2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982. |