Известны гидродинамические методы повышения
подвижности сыпучих материалов (псевдоожижение), когда через слой
диспергированного твёрдого вещества пропускают газ или жидкость. Аналогичный
эффект может быть получен акустическим воздействием на сыпучий материал -
виброожижением. При акустическом воздействии периодически нарушаются контакты
между частицами, что приводит к повышению подвижности (эффективной вязкости).
Виброожижение применяют для снижения эффективной вязкости суспензий и повышения
подвижности (текучести) высокодисперсных порошков. Для виброожижения
используют низкочастотные колебания: для виброожижения суспензий гц, для порошков с размером частиц
мкм -
гц,
для субмикронных порошков -
Кгц, интенсивность
акустического воздействия
дБ.
С повышением интенсивности акустического воздействия
эффективная вязкость суспензий сначала снижается резко, затем, после
некоторого значения интенсивности, медленнее, причём это значение
интенсивности увеличивается с увеличением объёмной концентрации суспензии (см. Рис. 2.1). Для порошков Эффективная
вязкость снижается с возрастанием скорости вибрации сначала
быстро, затем скорость снижения вязкости монотонно убывает, стремясь к
некоторому асимптотическому значению эффективной вязкости (см. Рис. 2.2). С повышением интенсивности
акустического воздействия сначала уменьшается эффективная вязкость
дисперсного слоя (вибровязкий слой), затем слой начинает активно
перемешиваться (виброкипящий слой), и фонтанировать. Эти режимы определяются
критерием виброожижения:
,
где: -
сила аэродинамического сопротивления частицы,
-
сила воздействия акустического поля на частицу,
-
масса частицы. При
имеет место вибровязкий слой,
при
- виброкипящий слой, при
- возникает эффект фонтанирования.
Виброожижение интенсифицирует теплообмен и массообмен между частицами и газом, например, в процессах сушки дисперсных материалов, растворении.
При акустическом воздействии на гидродинамические
процессы меняется граница перехода от ламинарного к турбулентному режимам
течения в зависимости от относительной амплитуды колебаний скорости и параметра частоты
, где:
-
размер канала,
- кинематическая вязкость
среды. При повышении параметра частоты и относительной амплитуды переход
происходит раньше, при этом меняется распределение скоростей по сечению
канала, снижаются турбулентный перенос и сопротивление.
Коагуляция гидрозолей – образование крупных частиц за счёт слипания более мелких. Коагуляция гидрозолей существенна, когда есть кавитация, причем скорость коагуляции в начальный момент времени быстро растёт, затем резко снижается и прекращается. Обычно оптимальное время акустического воздействия для коагуляции около одной минуты. Замечено, что наибольшая скорость коагуляции при давлении близком к атмосферному. При пониженных и повышенных давлениях скорость коагуляции существенно снижается. Для эффективной коагуляции необходимы сильно развитая кавитация, атмосферное давление и оптимальное время воздействия.
Причина коагуляции – силы
Бъеркнесса, возникающие между пульсирующими пузырьками и зависят от амплитуды
давления в акустической волне , расстояния между частицами
, плотности жидкости
:
.
Лучше всего коагулируют твёрдые частицы в стоячей волне. Размер образующихся
агрегатов - порядка длины волны
. Замечено, что при
добавке масла агрегаты получаются крупнее и прочнее. Наблюдается эффект
селективной коагуляции – на разных частотах коагулируют частицы разных
веществ, так, например, при частотах
Кгц
угольный порошок коагулирует, а частицы глины – нет.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.