Исследование ультразвукового воздействия на генерацию и динамику воздушных пузырьков
Автор: Анастасия Денисовна Садовникова
Соавторы: Галишевский В.А., Рыбкин К.А., Кучинский М.О., Любимова Т.П.
Организация: Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук (ИМСС УрО РАН)
Действие акустических полей на воздушные пузырьки в объеме жидкости активно исследуется многими научными коллективами на протяжении последних десятилетий. Ультразвуковые (УЗ) колебания являются одной из разновидностей такого воздействия: в этом случае большое влияние на поведение включений в жидкости оказывают гидродинамические силы, которые могут приводить к дрейфу и их перераспределению в объеме [1].
Существует множество способов генерации пузырьков различных размеров, среди которых встречаются использование мелкодисперсной мембраны, капилляров, метод гидродинамической фокусировки и др. Повлиять на поведение пузырьков в жидкости может добавление солей и поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые изменяют свойства жидкости и приводят к изменению размеров пузырьков, их объемной концентрации [2].
Цель настоящей работы состоит в экспериментальном исследовании особенностей генерации, динамики пузырьков, получаемых различными методами в растворах флотационных реагентов, ПАВ и электролитов, в том числе при УЗ воздействии.
Экспериментальная установка включала в себя кювету из акрилового стекла толщиной 3 мм, асимметрично смачиваемую кварцевую мембрану, источник ультразвука 28 кГц, воздушный компрессор и водяной насос, который создавал сдвиговый поток жидкости, срывавший с поверхности мембраны воздушные пузырьки. Также в качестве альтернативных способов генерации пузырьков применялись капилляр, гидродинамическая фокусировка, PP мембрана. Динамика пузырьков регистрировалась с помощью высокоскоростной камеры Basler A504kc. В качестве рабочих жидкостей применялись водные растворы ПАВ sodium dodecyl sulfate (SDS), NaCl.
Проведенные исследования позволили изучить процесс генерации и коалесценции пузырьков в растворах, выявить зависимость диаметра и количества воздушных пузырьков, генерируемых вышеописанными способами, от концентрации растворенных веществ. Изучено действие УЗ на такую систему: его влияние на динамику и кластеризацию пузырьков.
Исследование выполнено при поддержке из средств гранта Российского научного фонда (грант № 24-11-00269).
1. Qin D. et al. Influence of interactions between bubbles on physico-chemical effects of acoustic cavitation //Ultrasonics Sonochemistry. – 2024. – Т. 104. – С. 106808.
2. Rybkin K. et al. Method of generation, measurement of the size and number of microbubbles in NaCl and SDS solutions of different concentrations //Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing,2022. – Т. 2317. – №. 1. – С. 012007.
