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超声波对固体微分子颗粒的作用

时间:2017-10-14    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

   近年来,利用超声波处理悬浮液以去除或分离金属液中的微粒、气泡或液滴的新方法越来越被人们所重视,其主要包括两方面的内容,一是研究在高温金属液中产生超声波的方法,二是利用超声波去除金属液中非金属夹杂物过程的理论分析、数值计算和实验研究。
  其中,利用超声驻波场凝聚金属中夹杂物是一个重要方向。在超声波驻波场下,只要悬浮液中液体和微粒的声比因数不为零,微粒就会在声辐射力的作用下向声压节或声压腹运动。在此过程中,微粒碰撞凝聚,最终达到凝聚平衡状态。
  含有非金属夹杂物的金属液可以视为悬浮液,在一定频率超声波的作用下,夹杂物同样会发生凝聚效应。但要形成超声驻波场,不能输入较大功率的超声波,这样应用在大型冶金设备上,凝聚夹杂物就受到一定的限制。目前,将超声波应用于冶金过程是研究热点之一,但关于功率超声波对颗粒凝聚效应的影响则较少涉及。
  因此,本文就超声波产生的空化气泡对石蜡液中颗粒的凝聚特性来展开研究,观察分析功率达到空化阈以上时超声波对石蜡液中微粒分布的影响及空化气泡和颗粒的相互作用。
  1实验11实验材料及设备实验中所用石蜡是普通医用切片石蜡,颗粒是有机玻璃颗粒,粒度在063mm以下。
  主要的实验设备有:FS250型超声波仪(最大功率150W,频率20kHz),电子秤,温度计等。
  石蜡试样由OLYMPUSBX51型金相显微镜观察,宏观分布用数码相机拍摄。
  12实验过程首先在75的恒温水浴中将有机玻璃容器内的石蜡液熔清,然后加入颗粒直径063mm经着色后的有机玻璃粒子,并充分搅拌均匀。先不施加超声波,石蜡凝固后制得颗粒物分布状态的对比样。然后用变幅杆施加30W375W45W525W的超声波,处理时间分别为5min10min,石蜡凝固后,用数码相机拍摄石蜡样中颗粒的宏观分布,用金相显微镜观察已凝聚的颗粒团的凝聚状态。
  2实验结果及讨论21石蜡样数码相片的分析没有经超声波处理的石蜡液中的有机玻璃粒子,在凝固过程中自然分散,颗粒与颗粒间无凝团现象,分布均匀。对石蜡液进行超声波处理后,有机玻璃颗粒有明显的凝团现象。当超声波的功率为30W时,颗粒与颗粒间互相靠拢,逐渐成团。当功率进一步增大,达到375W时,团块的大小变大,凝团趋势增强。随着功率的进一步增大,达到45W时,可以在实验中看到有少量空化气泡的产生,由于超声波的空化作用影响,凝团的团块部分被打散,使得团块的大小有减小的趋势,有机玻璃颗粒附着在空化气泡上,进行凝团。超声波的功率进一步增大到525W时,石蜡样中出现大量空化气泡,气泡较之前变大,团块进一步被打散,团块大小减小。团块大小随功率的变化趋势。
  22金相显微形貌分析金相显微形貌如所示。可以看到,颗粒聚集在一起,颗粒凝团的走向清晰可见,随超声波处理时间与功率的变化,团块的大小和颗粒凝团的走向发生了变化,具体现象如所示。
  从图可以看到,颗粒团块随功率的变化,刚开始无明显团块出现,功率增大后,颗粒开始聚集,形成小团块,但团块的凝结程度不紧密,颗粒团块不致密。功率继续增大,颗粒团块凝结为一体,团块与团块之间出现连接桥,小团块与小团块结合,形成更大的团块,团块的致密度增加。
  随着功率的进一步增加,由于超声波的空化作用,溶液搅动加快,振动剧烈,大团块逐渐被打散成为小团块,团块面积减小,团块与团块间的连接桥消失,成为各自独立的小颗粒团块。
  23团块粒径随功率与时间的变化石蜡样本中的颗粒团块实验数据列于。
  颗粒团块的粒径大小随功率的变化存在一峰值,即颗粒凝聚的最适颗粒团块的平均最大直径随超声波处理时间与功率的变化曲线合功率,在本试验条件下对应的功率为375W.
  在此功率之下,超声波带来的同向凝聚效应是大于空化效应;在此功率之上,是空化效应大于同向凝聚效应。所以,要使液相中颗粒凝聚,使超声波功率超过空化阈值,也可以实现颗粒凝聚。
  处理时间与功率的变化曲线3结论(1)超声处理下石蜡液中的有机玻璃粒子的凝聚情况与超声波的功率大小和处理时间的长短有直接的关系。
  (2)超声波处理液体石蜡中的微粒,颗粒的凝聚随功率的增加存在一个峰值,即峰值前颗粒凝团的大小随功率的增大而增大,峰值后颗粒凝团的大小随功率的增大而减小。颗粒凝聚峰值所对应的功率为375W.
  (3)超声波处理液体石蜡中的微粒,颗粒凝结后团块的大小随时间的推移逐渐变大,团块大小与时间成正比关系。
  (4)超声波空化作用阻碍颗粒团块的进一步长大。 

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