高粘度液體真空脫泡機理及聲學(xué)檢測研究.pdf

1、液體中的氣泡是不可避免的。真空脫泡是高粘度液體廣泛采用的脫泡方法，在石油、化工、紡織及冶金等工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。對于真空脫泡的機理、高粘度液體中氣泡動力學(xué)、特別是對高粘度液體表面自由氣泡破裂聲振特性等方面的理論研究甚少。進行這些方面的研究對解決高粘度液體的脫泡問題，探討脫泡效果的檢測方法，具有重要的理論意義和較大的工程應(yīng)用價值。
　　 論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新成果:
　　 1.高粘度液體真空攪拌脫泡理論分析與計算

2、r>　　 在低壓條件下，對高粘度液體液面氣泡的動態(tài)特性進行了實驗研究。在氣泡運動學(xué)的基礎(chǔ)上，建立了高粘度攪拌流場中氣泡的運動方程。計算了氣泡從液面逸出的總時間。真空攪拌脫泡過程主要發(fā)生在液面，且主要有3個影響因素，即攪拌槽內(nèi)真空度的大小、主流體循環(huán)到液面的次數(shù)和主流體在液面停留的時間。為了保證氣泡在近液面附近有足夠的停留時間掙脫液面張力，必須要有一個合理的攪拌轉(zhuǎn)速。液體的振動會影響氣泡的破裂過程。通常，氣泡膜的固有頻率通常為低頻，流體

3、的低頻振動有利于激發(fā)氣泡膜的固有頻率而形成共振，增加了氣泡的不穩(wěn)定性，促進氣泡的破裂，但如果液體的振動達不到氣泡體的共振頻率，在氣泡臨界破裂前，這種振動也有可能延長氣泡的生命周期。
　　 2.高粘度液體真空薄膜脫泡理論分析與計算
　　 結(jié)合旋轉(zhuǎn)圓錐表面流體成膜特性對真空薄膜脫泡過程進行了理論分析。建立了流動液膜中的氣泡運動方程，獲得了氣泡在液膜中的相對運動速度，計算了氣泡從液膜中逸出的時間，得到了旋轉(zhuǎn)錐面流動液膜的運動速

4、度、厚度及液膜在錐面的停留時間的計算公式。流體膜的厚度和速度是影響真空薄膜脫泡的兩個關(guān)鍵因素，氣泡的運動速度稍滯后于主流體質(zhì)點速度，氣泡逸出時間包括氣泡生長時間和在液面下的停留時間。對于高粘度液體，在低轉(zhuǎn)速時，旋轉(zhuǎn)角速度對錐面液膜厚度的影響不大，運動液膜的真空脫泡時間小于靜止液膜的真空脫泡時間。
　　 3.高粘度液體表面氣泡破裂聲學(xué)特性
　　 提出了氣泡破裂聲輻射模型，實驗研究了高粘度液體表面氣泡破裂的聲特性。高粘度液體

5、表面氣泡的突然破裂首先會產(chǎn)生“N”形波，短時間后伴隨出現(xiàn)噴射波。對于不同大小的氣泡，破裂時聲信號的最低峰值頻率是不同的，氣泡破裂聲信號的基頻隨氣泡尺寸的增大而線性降低。氣泡破裂也能引起金屬薄板的振動，薄板振動信號的峰值稍滯后于聲信號出現(xiàn)的相應(yīng)峰值。
　　 4.氣泡破裂能量測試
　　 因為氣泡破裂時會產(chǎn)生能量，利用氣泡破裂時的脈沖激勵作用于懸臂梁，然后通過分析懸臂梁的動能，進而得到氣泡破裂傳遞的振動能量。測試結(jié)果表明:氣泡

6、破裂時，傳遞到振動的能量大于傳遞到聲波的能量，因而，振動信號能更有效地反映氣泡破裂的能量。而且，還可以減小環(huán)境噪聲對測試數(shù)據(jù)的影響。研究結(jié)果有助于理解氣泡破裂的動態(tài)特性。
　　 5.低壓條件下氣泡的聲學(xué)檢測設(shè)備設(shè)計
　　 目前無法在攪拌槽內(nèi)對氣泡的特性進行在線檢測，脫泡效果的檢測只能依據(jù)產(chǎn)品間接測試。課題基于聲能技術(shù)，提出了一種較為簡便的方法，根據(jù)低壓條件下薄膜脫泡的機理，以及氣泡破裂的聲學(xué)特性。設(shè)計了一套低壓條件下氣泡