Способ получения монодисперсных полых капель

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении полых гранул из металлов и сплавов Способ заключается в применении физического эффекта потери устойчивости полой струи под действием сил давления, прикладываемых к ней изнутри. Устройство реализующее способ содержит емкость для жидкости 1 с закрепленной на ее дне фильерой 2 и встроенной в последнюю трубкой подвода газа 3. расходомер газа 6, систему поддавливания жидкости 4. систему подвода газа 5 и стробоскоп 7 При подаче внутрь попой ламинарной струи через трубку газа с давлением выше капиллярного ее устойчивость нарушается и она распадается на линейный поток полых капель. Для нарушения устойчивости струи достаточно превышение давления в полости над капиллярным порядка 10% Регулярность генерации полых капель определяется наличием обратной связи, коюрая заключается з зависимости давления внутри струи от фазы процесса отрыва капли. 1 табл, 3 ил

(51) 5 В 22!Р 9 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5022307/02 (22) 14.01.92 (46) 15.1093 Бюл. hh 37-38 (71) Московский энергетический институт (72) Анкудинов В Б, Марухин ЮА (73) Московский энергетический институт (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОДИСПЕРСНЫХ ПОЛЫХ КАПЕЛЬ (57) Изобретение о носится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении полых гранул из металлов и сплавов. Способ заключается в применении физического эффекта потери устойчивости полой струи под действием сил давления, прикладываемых к ней изнутри. Устройство реализующее способ содержит емкость для п91 RÖ дц 2000S89C 1, жидкости 1 с закрепленной на ее дне фильерой 2 и встроенной в последнюю трубкой подвода газа 3, расходомер газа б, систему поддавливания жидкости 4, систему подвода газа 5 и стробоскоп 7

При подаче внутрь попой паминарной с руи через трубку газа с давлением выше капиллярного ее устойчивость нарушается и она распадается на линейный поток полых капель. Для нарушения устойчивости струи достаточно превышение давления в полости над капиллярным порядка 10% Регулярность генерации полых капель определяется наличием обрзтной связи, которая заключается а зависимости давления внутри струи от фазы процесса отрыва капли. 1 табл„ 3 ил.

2000889 давление в ней до значения, превышающего папиллярное, и регулируют объемный расход газа до значения. соответствующего заданному внутреннему диаметру капель, определяемого из выражения

4i «(6 Чг/ X f), 55 где Нг — обьем расхода газа.

f — частота генерации капель.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ: на фиг.2—

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности. может быть использовано при получении полых гранул иэ металлов и их сплавов.

Известен способ получения полых капель, основанный на инициировании испарения жидкости внутри капли, Однако процесс генерации капель таким способом обладает недостаточной регулярностью, в результате чего наблюдается низкий уровень их монодисперсности и сферичности.

Кроме того, использование этого метода для жидкостей с высокой температурой кипения (например, металлов) является проблематичным. 15

Наиболее близким является способ получения hollblx капель путем введения пузырьков rasa в струю жидкости.

Посредством возбуждения пьезоэлементом газовая струя разбивается на пузырьки оди- 20 накоаого размера. Эти пузырьки в свою очередь разбивают струю жидкости на одинаковые сферические капли, которые содержат пузырьки газа и, следовательно, являются полыми. 25

Однако, в этом способе существует ограничение рабочего диапазона генератора капель по температуре, которое епределяется рабочим диапазоном температуры используемого пьезоэлемента (как правило, 30 не выше 200 C). Кроме того, наблюдается эксцентричность пузырей газа в каплях, которая возникает вследствие флуктуаций скорости пузырей при движении их в жидкости, 35

Техническое решение задачи направле- но на расширение рабочего диапазона температуры диспергатора, повышение надежности его работы и уменьшение неоднородности толщины стенки полой капли, 40 что позволяет расширить функциональные воэможности способа.

Это достигается тем, что в способе получения монодисперсных полых капель, включающем ввод газа в струю жидкости, укаэанный ввод газа осуществляют в начальной зоне струи, формируя газовую цилиндрическую полость, увеличивают конфигурация полых капель, полученная от применения предлагаемого способа): на фиг.3 — зависимость частоты генерации капель воды f от обьемного расхода газа. вводимого в струю для различных обьемных расходов жидкости Ч

В способе используется физический эффект потери устойчивости цилиндрической полой струи под действием сил давления, прикпадываемых к внутренней ее поверхности.

Устройство, реализующее предлагаемый способ. содержит емкость для жидкости 1 с закрепленной на ее дне фильерой 2 и встроенной в последнюю трубкой 3 подвода газа, систему поддав lHBBHkA жидкости 4, систему 5 подвода газа, расходомер 6 газа и стробоскоп 7.

Кривые зависимости частоты генерации капель воды f от обьемного расхода газа, вводимого в струю, сняты при различных обьемных расходах жидкости Ч и соответствуют — кривая 8 значению ЧЖ-0,8, кривая

9 — V®«1,6 и кривая 10 при V - 2,0 см lс).

Устройство работает следующим образом. При помощи системы поддавливания жидкости 4 формируется струя с расходом

V+, соответствующим режиму ламинарного течения (Re<2300). Затем при помощи системы подачи газа формируется полость внутри струи. Увеличением давления газа в полости струи выше капиллярного осуществляется переход в режим регулярного генерирования полых капель. Затем производится регулирование обьемного расхода газа Чг дпя получения заданного внутреннего диаметра полых капель. Частота генерации капель определяется по предварительно проведенным тарировкам фильеры по известным Чг и

V>, Затем определяют внешний диаметр полой капли.

При подаче внутрь попой ламинарной струи через трубку газа с давлением выше капиллярного р= rr(1/г1+1/гг) (где гт- поверхностное натяжение жидкости, а rl и в в внутренний и внешний радиусы струи) ее устойчивость нарушается и она распадается на линейный поток полых капель. Для нарушения устойчивости струи достаточно превышения давления в полости над капиллярным порядка 107;. Исследования показали, что этот процесс может обладать высоким уровнем ре улярности. что определяет однородность по размерам получаемых полых капель, При этом не требуется специальных систем возбуждения струи.

Вследствие этого увеличивается надежность устройств, реализующих предлагаемый способ. Кроме того, рабочий диапазон температуры генератора полых капель явля2000889

20 ется практически неограниченным и определяется лишь термостойкостью материала фильеры. формирующей полую струю.

Регулярность генерации полых капель предлагаемым способом можно обьяснить наличием обратной связи, которая заключается в зависимости давления внутри струи от фазы процесса отрыва капли. Степень регулярности процесса. а соответственно и уровня монодисперсности генерируемых полых капель, зависит от расположения трубки, подводящей гаэ в струю. Наилучшие результаты (дисперсия по внешнему диаметру капель на уровне 1) получаются в случае. когда торец этой трубки находится в плоскости начала струи. Неравномерность толщины стенки полых капель в предлагаемом способе практически отсутствует, поскольку она зависит лишь от точности изготовления кольцевой фильеры 2.

Исследование частоты генерации полых капель. которая определялась при помощи стробоскопа 7, показало. что для конкретной геометрии полой струи она зависит от расхода жидкости и абаза. Было получено, что при увеличении расхода как жидкости, так и газа происходит увеличение частоты генерации капель, Внутренний диаметр получаемых полых капель можно определить следующим образом;

dr (6 Vr/гг f) (1) где Чг — обьемный расход газа, f — частота генерации капель, При выводе соотношения (1) не учитывалось отличие капиллярного давления внутри полой струи и полых капель, Оценки показали. что в диапазоне диаметров капелл свыше 100 мкм пренебрежение этим изменением давления даст погрешность при определении внутреннего диаметра, не превышающую 1 ь.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОДИСПЕРСНЫХ ПОЛЫХ

KAnEJlb. включающий введение газа в, струю жидкости, отличающийся тем,. что. введение газа осуществляют в начальной зоне струи с формированием в струе газовой цилиндрической полости, давление в ней повышают до значения, превышающеВнешний диаметр капглл дл н

dZ =(dl +61/ж/л f) (2)

Данные ио технологии получения полых

5 капель из свинца с внутренним диаметром

2,7 мм сведены в таблицу, В таблице приводятся: внешний и внутренн;1 диаметры струи в зоне начала истечения (Dl, 0р), которые определяются геометрией фильерн;

10 температура металла в тигле -- TM, обьемный расход расплава свинца — V, обьемный расход газа Vr частота генерации капель—

f, внутренний диаметр капель — dl, внешний диаметр капель — dg.

Как показали исследования, режим регулярного распада полой струи под действием сил давления газа внутри ее полости

25 может быть использован для получения монодисперсных полых капель из различных ньютоновских жидкостей. Дисперсия внешнего диаметра получаемых капель находится на уровне 1",4. Е сли осуществить

30 кристаллизацию енерируемых капель, то

r,o хна ",олучать еысококачественнл г: монодис 1с рсные полые гранулы. (5"-1 Гnister С.A„Hendricks С.О., Turnbuil R.I.

35 Hollo hydrogen spheres for !lsser-fusion

targets. Appl. Phys. 1еЖ, 1975; 26, 580 581.

Каллиджер, Шернбулл, Хендрикс. Получение полых капель путем введения пузырьков газа в струю жидкости. Приборы

40 для научных исследований, 1977. N. 7, с.131-137.

ro капиллярное, и регулируют обьемный рагход газа до значения, соответствующего заданному внутреннему диаметру капель, опредсляемому по формуле

А=(" г т/) где Vr - обьемный расход газа;

f - частота генерации капель, 2000889

Puz 2

Проиэводстеенно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 г"

° м

Редактор Н.Семенова

Заказ 3101

Составитель Л.Гамаюнова

Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5