近壁面超声空化微射流对微细颗粒的破碎作用

发布时间：2024-03-28 01:48

　　针对微细粉体"团聚"导致粉磨极限的问题,在液相环境下利用超声的分散和空化冲击作用,开展了近壁面超声空化微射流对微细颗粒破碎作用的研究。通过理论计算空化微射流冲击微细颗粒破碎的有效作用范围,从空化泡溃灭速度的角度分析了超声频率、声压幅值、介质尺寸等主要参数对微射流强度的影响;结合物料质量浓度、介质尺寸、介质面积和功率等影响因素的微细颗粒超声空化破碎正交试验,并利用SEM观测粉体形貌,分析了颗粒中位粒径D₅₀、10%体积累积粒径D₁₀和比表面积(SSA)等分布特性。参数组合优化后获得了粒径小于800目的微细颗粒,破碎率高达79.35%;粒径大于10 000目的极细颗粒产率高达12.84%。从提高微细颗粒破碎率的角度,发现介质面积是主要影响因素,功率次之,其次为介质尺寸和物料质量浓度。试验结果与理论研究成果基本一致,表明优化超声空化微射流参数与增加介质壁面面积等方法可有效提高微细颗粒的破碎率。

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【部分图文】：

图1球形刚性壁面附近空化泡溃灭原理图

液相环境中微细颗粒的近壁面破碎实际上是微射流作用于颗粒的动能转化为微细颗粒碰击壁面时破碎能的过程,球形刚性壁面附近的空化泡溃灭产生的冲击波对颗粒破碎作用如图1所示。PLESSET等[19]提出了微射流速度vmj的经验公式:

图2球形硬壁面附近气泡运动特性

采用MATLAB四阶龙格-库塔算法求解式(6),可得到气泡直径随时间的变化规律曲线。刚性壁面附近空化气泡初始半径常用取值在10～100μm之间[22],当气泡初始半径R0分别为10μm、50μm、100μm时气泡瞬时半径R随时间的变化如图2所示。R0为10μm的气泡在一....

图3频率与气泡溃灭速度和微射流关系

气泡溃灭速度可以用一个超声周期下气泡速度的最大绝对值来表示[22],Rmax为气泡膨胀后的最大半径。取气泡初始半径R0=10μm,由图2可得Rmax和vclp,代入式(7)得到不同频率、声压幅值和壁面介质与气泡溃灭速度和微射流速度关系,如图3～图5所示。图4不同超声声压幅值下....

图4不同超声声压幅值下气泡溃灭速度与微射流关系

图3频率与气泡溃灭速度和微射流关系图5不同介质半径与气泡溃灭速度和微射流关系

本文编号：3940819