ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПАРОГАЗОВЫХ ПУЗЫРЬКОВ НА ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ВОДА – АМОРФНЫЙ КВАРЦ, ПОКРЫТЫЙ ПАВ, ПОД ДЕЙСТВИЕМ УЛЬТРАЗВУКА
Автор: Оскар Олегович Фатталов
Соавторы: Т.П. Любимова, К.А. Рыбкин
Организация: Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет (ПГНИУ)
Динамика кавитационных пузырьков, возникающих в жидкости, зависит от различных факторов: может наблюдаться как разрушение пузырьков, так и их слияние, а также длительное существование относительно крупных пузырьков как в объеме жидкости, так и вблизи твердых поверхностей [1,2]. Коллапс пузырьков создает локальные экстремальные давления и температуры, а также ударные волны в жидкости, которые оказывают существенное влияние на поверхность, а также на динамику и коалесценцию пузырьков, находящихся в области кавитационной активности.
В данной работе экспериментально исследована динамика парогазовых пузырьков вблизи и на поверхности твердых плоских пластин из аморфного кварца, покрытых поверхностно-активным веществом (ПАВ), погруженных в дистиллированную воду под действием ультразвука (УЗ). Обнаружено значительное влияние наличия ПАВ на поверхности кварца на динамику пузырьков на границе раздела фаз. В случае гидрофильной поверхности кварца в дистиллированной воде под действием ультразвука образуются инерционные осциллирующие пузырьки, которые, достигая критического диаметра за счет процессов коалесценции, всплывают вверх. При наличии ПАВ на поверхности парогазовые пузырьки образуют линейные цепочки (скопления) пузырьков, которые растут со временем под действием ультразвука и остаются прикрепленными к твердой поверхности в течение всего времени ультразвуковой обработки. Даже после отключения УЗ большинство пузырьков оставаются вмороженными в поверхность.
На рисунке справа приведены типичные фотографии, полученные в ходе экспериментов: слева - пластина, покрытая ПАВ, справа – чистая пластина аморфного кварца. На фотоснимках запечатлён момент отключения УЗ, красными стрелки указывают на всплывающие пузырьки.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (грант № 19-31-90138) и Программы поддержки Научных школ Пермского края (грант № С-26/788).
1. Lyubimova T. P. et al., Dynamics of Vapor-Gas Bubbles in a Liquid Near Solid Surfaces with Different Properties //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, Т. 581, №. 1. p. 012041
2. Rybkin, K. A., Bratukhin, Y. K., Lyubimova, T. P., Fatallov, O.O., Filippov, L.O., Experimental study of formation and dynamics of cavitation bubbles and acoustic flows in NaCl, KCl water solutions// In Journal of Physics: Conference Series, 2017, Vol. 879, No. 1, p. 012026.
