Хмелев В.Н., Голых Р.Н., Доровских Р.С., Ильченко Е.В., Шакура В.А., Нестеров В.А. «Выявление оптимальных режимов и условий ультразвуковой коагуляции жидкодисперсных систем в импульсном режиме» XIX Всероссийский семинар "Моделирование неравновесных систем (МНС-2016)". Красноярск, 7–9 октября 2016 г., с. 119-122 (2016)

Предложен новый подход к повышению эффективности отделения взвешенных частиц в жидкости – предварительное их укрупнение (коагуляция) под воздействием ультразвуковых (УЗ) импульсных колебаний. УЗ воздействие в виде импульсов (волновых пакетов конечной длительности, меньшей периода их следования) позволяет увеличить вводимую энергию до 3-х раз, одновременно при этом поддерживая устойчивый докавитационный режим. Для выявления оптимальных параметров импульса, обеспечивающих максимальную эффективность коагуляции, разработана модель коагуляции твёрдых частиц в жидкой среде при УЗ импульсном воздействии. Модель коагуляции твёрдых частиц в жидкости под воздействием УЗ импульсов состоит из двух частей: 1) анализ формирования кавитационных зародышей для выявления оптимальных параметров импульса (интенсивность, длительность и период следования), реализующих докавитационный режим и одновременно обеспечивающих максимальное значение вводимой УЗ энергии; 2) анализ сближения и укрупнения частиц (коагуляции) для выявления эволюции их дисперсного состава с течением времени под воздействием УЗ импульсов с выявленными оптимальными параметрами. Анализ формирования кавитационных зародышей позволил проанализировать стадию зарождения кавитации (когда размер кавитационного ядра недостаточен для возникновения схлопывающего пузырька) и определить предельную интенсивность и время длительности импульса, при котором сохраняется устойчивый докавитационный режим. Согласно результатам анализа сближения и укрупнения частиц установлено, что достижимый эффект от УЗ импульсного воздействия слабо зависит от размера исходных частиц, и коагуляция в жидкости с вязкостью 1 мПа·с, ускоряется на 17–19% по сравнению с воздействием в непрерывном режиме. Однако достижимый эффект от применения импульсного воздействия тем выше, чем больше вязкость жидкости. Например, в жидкости с вязкостью 100 мПа·с коагуляция частиц при импульсном УЗ воздействии происходит до 1,5 раз эффективнее по сравнению с непрерывным воздействием. Полученные результаты могут служить основой для создания ультразвукового импульсного оборудования, реализующего эффективную коагуляцию жидкодисперсных систем.