高粘度液體真空脫泡機(jī)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(jī)理、高粘度液體中氣泡動(dòng)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(jìn)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(jià)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(jì)算

2、r>　　 在低壓條件下，對高粘度液體液面氣泡的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在氣泡運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上，建立了高粘度攪拌流場中氣泡的運(yùn)動(dòng)方程。計(jì)算了氣泡從液面逸出的總時(shí)間。真空攪拌脫泡過程主要發(fā)生在液面，且主要有3個(gè)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(shí)間。為了保證氣泡在近液面附近有足夠的停留時(shí)間掙脫液面張力，必須要有一個(gè)合理的攪拌轉(zhuǎn)速。液體的振動(dòng)會(huì)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(dòng)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(jìn)氣泡的破裂，但如果液體的振動(dòng)達(dá)不到氣泡體的共振頻率，在氣泡臨界破裂前，這種振動(dòng)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(jì)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(jìn)行了理論分析。建立了流動(dòng)液膜中的氣泡運(yùn)動(dòng)方程，獲得了氣泡在液膜中的相對運(yùn)動(dòng)速度，計(jì)算了氣泡從液膜中逸出的時(shí)間，得到了旋轉(zhuǎn)錐面流動(dòng)液膜的運(yùn)動(dòng)速

4、度、厚度及液膜在錐面的停留時(shí)間的計(jì)算公式。流體膜的厚度和速度是影響真空薄膜脫泡的兩個(gè)關(guān)鍵因素，氣泡的運(yùn)動(dòng)速度稍滯后于主流體質(zhì)點(diǎn)速度，氣泡逸出時(shí)間包括氣泡生長時(shí)間和在液面下的停留時(shí)間。對于高粘度液體，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)角速度對錐面液膜厚度的影響不大，運(yùn)動(dòng)液膜的真空脫泡時(shí)間小于靜止液膜的真空脫泡時(shí)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(shí)驗(yàn)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(huì)產(chǎn)生“N”形波，短時(shí)間后伴隨出現(xiàn)噴射波。對于不同大小的氣泡，破裂時(shí)聲信號(hào)的最低峰值頻率是不同的，氣泡破裂聲信號(hào)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(dòng)，薄板振動(dòng)信號(hào)的峰值稍滯后于聲信號(hào)出現(xiàn)的相應(yīng)峰值。
　　 4.氣泡破裂能量測試
　　 因?yàn)闅馀萜屏褧r(shí)會(huì)產(chǎn)生能量，利用氣泡破裂時(shí)的脈沖激勵(lì)作用于懸臂梁，然后通過分析懸臂梁的動(dòng)能，進(jìn)而得到氣泡破裂傳遞的振動(dòng)能量。測試結(jié)果表明:氣泡

6、破裂時(shí)，傳遞到振動(dòng)的能量大于傳遞到聲波的能量，因而，振動(dòng)信號(hào)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(dòng)態(tài)特性。
　　 5.低壓條件下氣泡的聲學(xué)檢測設(shè)備設(shè)計(jì)
　　 目前無法在攪拌槽內(nèi)對氣泡的特性進(jìn)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(jī)理，以及氣泡破裂的聲學(xué)特性。設(shè)計(jì)了一套低壓條件下氣泡