超声空化对颗粒破碎作用的影响因素研究

为探究超声空化作用对颗粒破碎的影响效果,基于空化泡的动力学基本方程,利用空化过程Matlab数值方法分析了超声频率和液相黏度两个关键因素对超声空化作用强度的影响。在数值分析的基础上,通过超声空化破碎试验探究了超声频率和浆液浓度的影响效果。试验结果表明:经过一定时间的超声作用,颗粒群中位粒径D50及10%体积累计粒径D10大幅减小,超声空化颗粒破碎作用明显。超声频率和物料浆液浓度越低,空化作用越强,颗粒破碎效果越好;同时,介质的存在可以有效增强超声作用下空化微射流的壁面效应,增强颗粒的破碎效果,但过多的介质会影响超声波的传导,减弱空化作用。     

近球壁射流空泡溃灭对微细颗粒破碎效果的影响

为有效解决大规模机械粉体制备中存在的微细颗粒团聚和粉磨极限等问题，采用了空化射流冲击结合磨介研磨的微细颗粒制备方法，并对近球壁空化射流有效冲击破碎颗粒开展了研究。理论分析了近球壁空泡溃灭对微细颗粒的冲击特性，得出了颗粒冲击破碎的有效量纲一距离及临界空泡最大半径；通过空化射流冲击球壁的数值模拟仿真，分析了喷嘴入口压力和靶距对近球壁空泡分布的影响。为验证理论与数值分析结果，开展了基于靶距、转速率、颗粒质量分数和喷嘴数目等多因素的石英砂球磨空化破碎对比实验，实验结果与理论和数值分析结果吻合良好，验证了此方法的有效性。研究结果表明：空化冲击结合磨介研磨微细颗粒的破碎率比单一研磨微细颗粒的破碎率更高；在空化射流入口压力5 MPa下，靶距和转速率是石英砂微细颗粒破碎效果的主要影响因素，其次是喷嘴数目。     

近壁面空化冲击颗粒破碎效果的影响因素研究

为提升近壁面空化冲击的颗粒破碎效率,对颗粒破碎效果的影响因素开展了研究。首先确定了液相中空化冲击破碎颗粒的基本方式:近壁面空泡溃灭时产生的高速微射流会驱动空泡内部的颗粒撞击壁面,造成颗粒破碎。由颗粒破碎的基本方式确定了影响颗粒破碎效果的主要因素;理论分析了微细颗粒穿过流体空化泡壁的动态过程,计算了不同粒径的运动颗粒能够穿过空化泡壁的初始速度及初始距离条件;分析了颗粒粒径大小对于近壁面空化泡溃灭微射流的削弱作用,计算了近壁面空化冲击破碎颗粒的无量纲距离条件。基于理论分析结果,开展了基于颗粒体积分数、入口压力、颗粒大小及转速率等多因素的石英砂颗粒球磨空化冲击破碎实验。结果表明,实验后各实验点的中位粒径D₅₀和特征粒径D₁₀均明显减小,粒径小于10μm的颗粒占比由实验前的6.2%提升至59.3%,验证了上述因素对颗粒破碎效果的影响作用。     

近壁面超声空化微射流对微细颗粒的破碎作用

针对微细粉体“团聚”导致粉磨极限的问题,在液相环境下利用超声的分散和空化冲击作用,开展了近壁面超声空化微射流对微细颗粒破碎作用的研究。通过理论计算空化微射流冲击微细颗粒破碎的有效作用范围,从空化泡溃灭速度的角度分析了超声频率、声压幅值、介质尺寸等主要参数对微射流强度的影响;结合物料质量浓度、介质尺寸、介质面积和功率等影响因素的微细颗粒超声空化破碎正交试验,并利用SEM观测粉体形貌,分析了颗粒中位粒径D50、10%体积累积粒径D10和比表面积（SSA）等分布特性。参数组合优化后获得了粒径小于800目的微细颗粒,破碎率高达79.35%;粒径大于10 000目的极细颗粒产率高达12.84%。从提高微细颗粒破碎率的角度,发现介质面积是主要影响因素,功率次之,其次为介质尺寸和物料质量浓度。试验结果与理论研究成果基本一致,表明优化超声空化微射流参数与增加介质壁面面积等方法可有效提高微细颗粒的破碎率。