ИССЛЕДОВАНИЕ КАВИТАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ В СОНОХИМИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ, ЗАПОЛНЕННОМ МНОГОФАЗНОЙ СРЕДОЙ

Автор: Василий Андреевич Галишевский

Соавторы: Кучинский М.О., Рыбкин К.А., Любимова Т.П., Садовникова А. Д.

Организация: Пермский государственный национально-исследовательский университет

Рис. Слева – экспериментальная установка; справа – тепловая карта разрушений фольги для дистиллированной воды, содержащей частицы PIV, после t = 300 с УЗ воздействия

Пенная флотация является наиболее часто используемым методом разделения и обогащения полезных ископаемых, одним из способов повышения ее эффективности является ультразвуковая (УЗ) обработка. Действие УЗ приводит к образованию кавитационных пузырьков, которые могут повлиять на динамику включений, например, создавая периодическую импульсную тягу [1]. Поскольку во время флотации с УЗ в жидкости находятся твердые частицы и пузырьки, генерируемые разными способами, необходимо подбирать оптимальные параметры, влияющие на данный процесс [2].

Целью настоящей работы является исследование кавитационной активности с помощью метода foil test в жидкости, содержащей воздушные пузырьки и твердые включения (модельная флотационная пульпа), под действием УЗ. 

Для проведения эксперимента была изготовлена лабораторная установка, включающая в себя кювету из акрилового стекла, заполненную дистиллированной водой, фольгу, натянутую на пластиковую рамку и источник УЗ 28 кГц. Установка была модифицирована системой насосов, обеспечивающих циркуляцию потока жидкости в кювете. Для регистрации областей разрушения фольги применялись цифровая камера и контровый источник света; в результате получался набор фотографий, соответствующий вертикальному сечению реактора, обрабатываемый с использованием алгоритма на Python.

В качестве твердых частиц были рассмотрены PIV частицы, а также частицы фольги, разрушенной в результате эксперимента. Эксперименты с добавлением PIV в систему, содержащую пузырьки, показали увеличение кавитационной активности в зоне над источником УЗ. Получены экспериментальные фотографии, на которых, в соответствии с теорией, зоны кавитационной активности располагаются в пучностях УЗ волны, а частицы разрушившейся фольги, как и крупные (не кавитационные) пузырьки выстраиваются в ее узлах.

Исследование выполнено при поддержке из средств гранта Российского научного фонда (грант № 24-11-00269).

1. Xu F. et al. Continuous motion of particles attached to cavitation bubbles //Ultrasonics Sonochemistry. – 2024. – Т. 107. – С. 106888.

2.Kuchinskiy M. et al. Investigation of Cavitation in NaCl Solutions in a Sonochemical Reactor Using the Foil Test Method //Fluid Dynamics and Materials Processing. – 2024. – Т. 20. – №. 5. – С. 1093-1102.