針對(duì)微細(xì)粉體"團(tuán)聚"導(dǎo)致粉磨極限的問題,在液相環(huán)境下利用超聲的分散和空化沖擊作用,開展了近壁面超聲空化微射流對(duì)微細(xì)顆粒破碎作用的研究。通過理論計(jì)算空化微射流沖擊微細(xì)顆粒破碎的有效作用范圍,從空化泡潰滅速度的角度分析了超聲頻率、聲壓幅值、介質(zhì)尺寸等主要參數(shù)對(duì)微射流強(qiáng)度的影響;結(jié)合物料質(zhì)量濃度、介質(zhì)尺寸、介質(zhì)面積和功率等影響因素的微細(xì)顆粒超聲空化破碎正交試驗(yàn),并利用SEM觀測粉體形貌,分析了顆粒中位粒徑D₅₀、10%體積累積粒徑D₁₀和比表面積(SSA)等分布特性。參數(shù)組合優(yōu)化后獲得了粒徑小于800目的微細(xì)顆粒,破碎率高達(dá)79.35%;粒徑大于10 000目的極細(xì)顆粒產(chǎn)率高達(dá)12.84%。從提高微細(xì)顆粒破碎率的角度,發(fā)現(xiàn)介質(zhì)面積是主要影響因素,功率次之,其次為介質(zhì)尺寸和物料質(zhì)量濃度。試驗(yàn)結(jié)果與理論研究成果基本一致,表明優(yōu)化超聲空化微射流參數(shù)與增加介質(zhì)壁面面積等方法可有效提高微細(xì)顆粒的破碎率。

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【部分圖文】：

圖1球形剛性壁面附近空化泡潰滅原理圖

液相環(huán)境中微細(xì)顆粒的近壁面破碎實(shí)際上是微射流作用于顆粒的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為微細(xì)顆粒碰擊壁面時(shí)破碎能的過程,球形剛性壁面附近的空化泡潰滅產(chǎn)生的沖擊波對(duì)顆粒破碎作用如圖1所示。PLESSET等[19]提出了微射流速度vmj的經(jīng)驗(yàn)公式:

圖2球形硬壁面附近氣泡運(yùn)動(dòng)特性

采用MATLAB四階龍格-庫塔算法求解式(6),可得到氣泡直徑隨時(shí)間的變化規(guī)律曲線。剛性壁面附近空化氣泡初始半徑常用取值在10～100μm之間[22],當(dāng)氣泡初始半徑R0分別為10μm、50μm、100μm時(shí)氣泡瞬時(shí)半徑R隨時(shí)間的變化如圖2所示。R0為10μm的氣泡在一....

圖3頻率與氣泡潰滅速度和微射流關(guān)系

氣泡潰滅速度可以用一個(gè)超聲周期下氣泡速度的最大絕對(duì)值來表示[22],Rmax為氣泡膨脹后的最大半徑。取氣泡初始半徑R0=10μm,由圖2可得Rmax和vclp,代入式(7)得到不同頻率、聲壓幅值和壁面介質(zhì)與氣泡潰滅速度和微射流速度關(guān)系,如圖3～圖5所示。圖4不同超聲聲壓幅值下....

圖4不同超聲聲壓幅值下氣泡潰滅速度與微射流關(guān)系

圖3頻率與氣泡潰滅速度和微射流關(guān)系圖5不同介質(zhì)半徑與氣泡潰滅速度和微射流關(guān)系

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