Исследование кавитационной активности в сонохимическом реакторе с применением тепловых карт
Автор: Михаил Олегович Кучинский
Соавторы: К. А. Рыбкин, Т. П. Любимова
Организация: Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук, Пермь
Для оптимизации процессов в сонохимических реакторах исследователям приходится искать способы предотвращения кавитации, так как появление кавитационных пузырьков вблизи поверхности материала зачастую оказывается нежелательным [1]. Зоны кавитационной активности определяются различными способами, одним из которых является механический способ, основанный на эрозии поверхности. В качестве такой поверхности часто выступает алюминиевая фольга, позволяющая определить интенсивность кавитационных событий (foil test) [2]. Для визуализации при этом применяются тепловые карты, позволяющие получить данные о распределении кавитационной активности в двумерных сечениях реактора.
В настоящей работе разработан модифицированный метод foil test, позволяющий получить данные о пространственном распределении и временной динамике кавитационной активности в сонохимических реакторах с помощью трехмерных тепловвых карт. Определено влияний концентраций соли NaCl и ПАВ SDS на активность кавитационных событий в жидкости под действием ультразвука и их визуализация с использованием модифицированного метода foil test.
Для проведения эксперимента была изготовлена лабораторная установка, включающая в себя кювету из акрилового стекла, фольгу, натянутую на пластиковую рамку и источник УЗ 28 кГц; в качестве рабочих жидкостей использовались водные растворы с различными концентрациями SDS и NaCl. Для регистрации областей разрушения фольги применялись цифровая камера и контровый источник света; в результате получался набор фотографий, соответствующий одному вертикальному сечению реактора, обрабатываемый с использованием алгоритма на Python.
В результате исследования разработан модифицированный метод визуализации кавитационной активности на основе foil test с использованием тепловых карт, позволяющий проследить за ее пространственным распределением и временной динамикой в сонохимическом реакторе. Изменение концентраций соли и ПАВ позволило также определить их влияние на кавитационную активность.
Исследование выполнено при поддержке из средств гранта Российского научного фонда (грант № 24-11-00269).
