МЕХАНИЗМЫ ВТОРИЧНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ: ZXFXYU

Ольга Борисовна  Кудряшова; Андрей Викторович Шалунов; Сергей Сергеевич  Титов; Роман Сергеевич  Доровских

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2024.02.026

Авторы

Ольга Борисовна Кудряшова Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН https://orcid.org/0000-0002-0404-8736
Андрей Викторович Шалунов Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» https://orcid.org/0000-0002-5299-9931
Сергей Сергеевич Титов Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВО АлтГТУ
Роман Сергеевич Доровских Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВО АлтГТУ

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.02.026

Ключевые слова:

распыление, аэрозоль, вторичное распыление, минимальный размер капель, дисперсность, механизм разрушения капель, кавитация, математическая модель

Аннотация

Распыление жидкости является основой различных практических приложениях, таких как производство лекарственных препаратов, косметики, пищевой промышленности и т.д. Чаще всего на практике необходимо получить аэрозоль высокой дисперсностью с достаточно большой производительностью. Однако создание аэрозоля с максимальной дисперсностью и высокой производительностью является сложной задачей. Одни методы распыления обладают высокой дисперсностью, но низкой производительностью, а другие обеспечивают достаточную производительность, но генерируют капли больших размеров. Вторичное ультразвуковое распыление может решить эту проблему, позволяя бесконтактно дробить капли или струи с помощью мощного ультразвукового поля. Для этого предварительно генерированный каким-либо способом поток капель или струя жидкости направляется в ультразвуковой излучатель в виде полого цилиндра, в которой создается ультразвуковое поле. При достаточно высокой интенсивности ультразвука реализуются условия для дальнейшего дробления капель или разрушения струй жидкости, и на выходе будут получены капли высокой дисперсности. Производительность такого процесса ограничена лишь скоростью поступления потока жидкости в устройство вторичного распыления. В данной статье рассматриваются возможные механизмы вторичного ультразвукового распыления, предложена математическая модель этого процесса и найдены закономерности процесса в зависимости от определяющих параметров ультразвукового поля и физико-химических свойств жидкости. Предложены следующие возможные механизмы разрушения струй и капель: непосредственное разрушение капель при попадании во фронт ультразвуковой волны; кавитационный механизм разрушения капель и струй. Доминирующий механизм дробления зависит от параметров задачи и, в свою очередь, определяет минимальный размер получающихся капель. Выявлены свободные параметры модели, которые необходимо определить экспериментально. Результаты работы помогут оптимизировать процесс вторичного ультразвукового распыления и совершенствовать технологии распыления жидкости в различных областях применения.

Библиографические ссылки

Application of Ultrasonic Atomization on a Micro Jet Engine Using Biofuel for Improving Performance / A. Alajmi [и др.]. // Processes. 2021. № 9. С. 1963. doi 10.3390/pr9111963

Recent advances in ultrasound-assisted synthesis of nano-emulsions and their industrial applications / P. Thakur [и др.]. // Current Pharmaceutical Biotechnology. 2021. № 22(13). С. 1748-1758. doi 10.2174/1389201021666201104150102

Y. Wang, L. Ruan Application of Ultrasonic Atomization in a Combined Circulation System of Spray Evaporative Cooling and Air Cooling for Electric Machine // Processes. 2021. №9(10). С. 1773. doi 10.3390/pr9101773

A review of physical and chemical methods to improve the performance of water for dust reduction / Q. Zhan [и др.]. // Process Safety and Environmental Protection. 2022. Т. 166. С. 86-98. doi 10.1016/j.psep.2022.07.065

Investigation on application of ultrasonic humidifier for air conditioning system / Putra I. [и др.] //Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing. 2020. №. 1 (1450). С. 012050. doi 10.1088/1742-6596/1450/1/012050

A comprehensive review on ultrasonic spray pyrolysis technique: Mechanism, main parameters and applications in condensed matter / Ardekani S. R. [и др.] //Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2019. Т. 141. С. 104631. doi 10.1016/j.jaap.2019.104631

K. C. Castro, J. M. Costa, M. G. N. Campos Drug-loaded polymeric nanoparticles: a review //International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials. 2022. №. 1(71). С. 1-13. doi 10.1080/00914037.2020.1798436

P. Majerič, R. Rudolf Advances in ultrasonic spray pyrolysis processing of noble metal nanoparticles // Materials. 2020. 13 №. 16(13). С. 3485. doi 10.3390/ma13163485

H. Naidu, O. Kahraman, H. Feng Novel applications of ultrasonic atomization in the manufacturing of fine chemicals, pharmaceuticals, and medical devices // Ultrasonics Sonochemistry. 2022. Т. 86. С. 105984. doi 10.1016/j.ultsonch.2022.105984

Ультразвук. Аппараты и технологии: монография / В.Н. Хмелев [и др.]. Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2015. 687 с.

Разработка высокочастотных ультразвуковых колебательных систем для мелкодисперсного распыления жидкостей / В. Н. Хмелев [и др.] // Ползуновский вестник. 2010. №. 3. С. 315-320.

Теоретическое выявление режимов воздействия, обеспечивающих формирование высокодисперсного аэрозоля при двухстадийном ультразвуковом распылении / Хмелёв В. Н. [и др.] // Ползуновский вестник. 2017. №. 2. С. 99-104.

В. Н. Хмелев, А. В. Шалунов, Р. Н. Голых, В. А. Нестеров Применение ультразвуковых колебаний для распыления жидкостей // Ультразвук: проблемы, разработки, перспективы: материалы международной научной конференции. Уфа: Башкирский государственный университет, 2017. С. 80–82.

Л. Д. Розенберг Физические основы ультразвуковой технологии. Москва: Наука, 1970. 688 с.

Ю. Я. Богуславский, О. К. Экнадиосянс О физическом механизме распыления жидкости акустическими колебаниями. Акустический Журнал. 1969. №. 1(15). C. 17.

А. А. Богач, А. В. Уткин Прочность воды при импульсном растяжении // Прикладная механика и техническая физика. 2000. №. 4(41). С. 198-205.

В. К. Кедринский Гидродинамика взрыва // Прикладная механика и техническая физика. 1987. №. 4 (28). С. 23-48.

The role of cavitation in submicron aerosol dispersion / Kudryashova O. [и др.] // MATEC Web of Conferences. – EDP Sciences. 2018. Т. 243. С. 00003. doi 10.1051/matecconf/201824300003