RU2089274C1

RU2089274C1 - Method of preparing disperse systems

Info

Publication number: RU2089274C1
Application number: RU95104975A
Authority: RU
Inventors: Е.Д. Зайцев; Н.И. Яворский
Original assignee: Институт теплофизики СО РАН; Зайцев Евгений Дмитриевич; Яворский Николай Иванович
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 1997-09-10
Also published as: RU95104975A

Abstract

FIELD: disperse systems. SUBSTANCE: invention area is preparing liquid-gas, liquid-liquid, and liquid-solid disperse systems with intensified heat- and mass- exchange processes. Systems are prepared via vibration action on liquid system in presence of gas using resonance frequencies of basic modes of acoustic vibrations of disperse system. Vibration amplitude is chosen on condition of cavitation arising in bulk of liquid. Dimensions of disperse system in this case are no less than double thickness of its boundary layer. EFFECT: increased heat- and mass exchange. 6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам получения дисперсных систем типа жидкость-газ, жидкость-жидкость, жидкость-жидкость-газ, жидкость-твердое вещество-газ и интенсификации в них процессов тепломассообмена и может применяться в машиностроении, пищевой, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to methods for producing dispersed systems of the type liquid-gas, liquid-liquid, liquid-liquid-gas, liquid-solid substance-gas and the intensification of heat and mass transfer processes in them and can be used in mechanical engineering, food, chemical and other industries.

Известен способ получения смеси путем возбуждения в рабочей среде нелинейных высокочастотных колебаний и дополнительных колебаний с частотой в 10 50 раз ниже, чем частота нелинейных колебаний [1] При наложении низкочастотных колебаний в рабочей среде возбуждается кавитация, способствующая перемешиванию. Однако для того, чтобы осуществить этим способом качественное перемешивание и получить однородную по объему смесь, требуются большие затраты энергии, поскольку в этом способе не реализуется энергетически наиболее выгодный режим возбуждения и не осуществляется однородное по объему интенсивное перемешивание, кроме того, его относительно сложно реализовать на практике. A known method of producing a mixture by excitation in the working medium of non-linear high-frequency oscillations and additional oscillations with a frequency of 10 to 50 times lower than the frequency of non-linear oscillations [1] When superimposed low-frequency oscillations in the working medium, cavitation is excited, which promotes mixing. However, in order to carry out high-quality mixing in this way and to obtain a mixture uniform in volume, large energy expenditures are required, since this method does not realize the energetically most favorable excitation mode and intensive mixing that is uniform in volume, and, moreover, it is relatively difficult to realize practice.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является способ получения дисперсных систем жидкость-газ, жидкость-жидкость, заключающийся в вибрировании с частотой ускорения 4 150 Гц и ускорением 2 - 35g герметично закрытой емкости с жидкостью, контактирующей с газом, находящимся над ее свободной поверхностью [2] Интенсивное перемешивание жидкости в емкости, названное вибротурбулизацией, сопровождается резким повышением давления, которому предшествует интенсивный захват пузырьков газа поверхностью жидкости. Недостатком этого способа является большая неопределенность при выборе конкретных параметров вибрации из указанных интервалов, отвечающих режиму вибротурбулизации, который в действительности имеет резонансный характер и существенно зависит от газонасыщения, высоты и диаметра столба дисперсной системы. Произвол при выборе параметров вибрации, высоты и диаметра столба дисперсной системы, величины ее газонасыщения приводит к повышенным затратам энергии, при этом режим вибротурбулизации может вообще не возникнуть. Известно, однако, что режим вибротурбулизации имеет резонансный характер [3] Это свидетельствует о необходимости выполнения некоторых резонансных соотношений для того, чтобы этот режим имел место, при этом, чем острее резонансная кривая, тем меньше будет произвол в выборе параметров вибрации. В частности, если в примере использования известного способа [2] выбрать высоту 0,15 м, то при количестве вовлеченного воздуха в водомасляную эмульсию 50 мл для достижения режима вибротурбулизации необходима частота 159 Гц, а при объеме воздуха 20 мл 249 Гц, что выше значений, заданных этим способом [2]
В основу изобретения положена задача снижения затрат энергии и достижение устойчивой и надежной вибротурбулизации дисперсной системы с различными геометрическими параметрами.The closest technical solution taken as a prototype is a method for producing dispersed liquid-gas, liquid-liquid systems, which consists in vibrating with an acceleration frequency of 4 150 Hz and an acceleration of 2 - 35 g of a hermetically sealed container with a liquid in contact with the gas above its free surface [2] Intensive mixing of the liquid in the tank, called vibroturbulation, is accompanied by a sharp increase in pressure, which is preceded by an intensive capture of gas bubbles by the surface of the liquid. The disadvantage of this method is the great uncertainty in the selection of specific vibration parameters from the indicated intervals corresponding to the regime of vibroturbulation, which in reality has a resonant character and substantially depends on gas saturation, the height and diameter of the column of the dispersed system. The arbitrariness in choosing the parameters of vibration, the height and diameter of the column of the dispersed system, the magnitude of its gas saturation leads to increased energy costs, and the mode of turboturbation may not occur at all. However, it is known that the regime of vibroturbulation has a resonant character [3] This indicates the need for certain resonance relations to be satisfied in order for this mode to take place, and the sharper the resonance curve, the less will be the arbitrariness in the choice of vibration parameters. In particular, if in the example of using the known method [2] a height of 0.15 m is selected, then with the amount of air drawn into the oil-water emulsion of 50 ml, a frequency of 159 Hz is required to achieve the regime of vibroturbulation, and with an air volume of 20 ml, 249 Hz, which is higher than the values defined by this method [2]
The basis of the invention is the task of reducing energy costs and achieving a stable and reliable vibroturbulation of a dispersed system with various geometric parameters.

Для решения поставленной задачи в способе получения дисперсных систем путем вибрационного воздействия на жидкую систему в присутствии газа в режиме вибротурбулизации предлагается вибрационное воздействие на дисперсную систему осуществлять на частотах основной моды акустического резонанса, в частности на частоте
f c_эф/2Н,
где c_эф скорость звука в дисперсной среде; H высота столба дисперсной системы, равная половине длины акустической волны в дисперсной среде, при этом размеры колеблющейся дисперсной системы составляют не менее удвоенной толщины пограничного слоя, а амплитуда вибраций a не менее величины

, где p среднее давление в вибрируемом сосуде; ρ плотность жидкости, k 0,6 0,7 коэффициент, что создает условия для возникновения кавитации в объеме жидкости и образованию однородной по объему дисперсной среды. Жидкую систему в присутствии газа вибрируют с двумя и более частотами, отвечающими основным резонансам нелинейной колебательной системы, состоящей из дисперсной среды и упруго-пластичного сосуда. Вибрационное воздействие на дисперсную систему осуществляют путем вибрирования днища или мешалок и других активаторов или путем использования резонаторов.To solve the problem in a method for producing dispersed systems by vibrational exposure to a liquid system in the presence of gas in the regime of vibroturbulation, it is proposed to carry out a vibrational effect on a dispersed system at frequencies of the main acoustic resonance mode, in particular at a frequency
fc _eff / 2H,
where c _{eff is the} speed of sound in a dispersed medium; H is the height of the column of the dispersed system equal to half the length of the acoustic wave in the dispersed medium, while the dimensions of the oscillating dispersed system are not less than twice the thickness of the boundary layer, and the vibration amplitude a is not less than

where p is the average pressure in the vibrating vessel; ρ fluid density, k 0.6 0.7 coefficient, which creates the conditions for the occurrence of cavitation in the liquid volume and the formation of a dispersed medium homogeneous in volume. A liquid system in the presence of gas vibrates with two or more frequencies that correspond to the main resonances of a nonlinear oscillatory system consisting of a dispersed medium and an elastic plastic vessel. The vibrational effect on the dispersed system is carried out by vibrating the bottom or mixers and other activators or by using resonators.

На фиг. 1 показано устройство для получения дисперсных систем, в котором вибрационное воздействие на жидкую систему в присутствии газа осуществляют пи помощи вибрирования емкости; на фиг. 2 устройство для получения дисперсных систем, в котором вибрационное воздействие осуществляется при помощи активатора, а емкость неподвижна. In FIG. 1 shows a device for producing dispersed systems, in which the vibration effect on the liquid system in the presence of gas is carried out by means of the vibration of the container; in FIG. 2 device for producing dispersed systems, in which the vibration effect is carried out using an activator, and the container is stationary.

Устройство для получения дисперсных систем (см. фиг. 1) содержит емкость 1 с днищем 2 и герметической крышкой 3, патрубков 5 и 6 для подачи компонентов и 7 для отвода готового продукта, а также вибропривод 8, имеющий пружины 9. Днище 2 может быть выполнено вибрируемым, а емкость неподвижной. A device for producing disperse systems (see Fig. 1) contains a container 1 with a bottom 2 and a hermetic cover 3, nozzles 5 and 6 for supplying components and 7 for exhausting the finished product, as well as a vibratory drive 8 having springs 9. The bottom 2 can be performed vibrating, and the container is stationary.

Устройство для получения дисперсных систем (см. фиг. 2) содержит неподвижную емкость 1 с патрубками подачи компонентов 2, 3, 4 и патрубком отвода продукта 5. Внутри емкости выполнен активатор 6, служащий для аэрации, перемешивания и созданий колебаний столба жидкости. Активатор 6 состоит из вертикально установленной сильфонной оболочки 7, открытой снизу и опирающейся на штыри 8. На верхнем торце сильфонной оболочки 7 закреплена перфорированная коническими отверстиями 9, направленными сужениями вверх, пластина 10. В отверстии пластины 10 установлена труба 11, которая верхним, сообщаемым с окружающей средой концом присоединена к штоку 12 вибратора 13. Дно 14 трубы 11 выполнено перфорированным коническими отверстиями 15, направленными сужениями вниз, а снаружи закрыто сеткой или тканью 16. На днище емкости 1 установлено клапанное приспособление для аэрации придонного слоя жидкости. A device for producing disperse systems (see Fig. 2) contains a fixed container 1 with nozzles for supplying components 2, 3, 4 and a branch pipe for product discharge 5. Inside the tank, an activator 6 is made, which serves for aeration, mixing, and creating oscillations of the liquid column. The activator 6 consists of a vertically mounted bellows shell 7, open from the bottom and resting on the pins 8. On the upper end of the bellows shell 7 is fixed perforated by conical holes 9, directed by the upward narrowing, plate 10. In the hole of the plate 10 is installed a pipe 11, which is the upper, in communication with the end of the environment is connected to the rod 12 of the vibrator 13. The bottom 14 of the pipe 11 is made of perforated conical holes 15, directed narrowing downward, and the outside is closed with a mesh or cloth 16. On the bottom of the tank 1 install Leno valve device for aeration of the bottom layer of liquid.

Пример 1. Для получения дисперсной системы жидкость-газ выбирают сосуд диаметром 20 мм. Высота емкости изменялась от 200 до 800 мм, а газосодержание жидкости в диапазоне 5 20 Здесь и далее в примерах в качестве жидкости используется вода, а в качестве газа воздух, находящиеся при комнатной температуре и атмосферном давлении. Параметры вибрации были следующими: частота 20 100 Гц, амплитуда 2 10 мм (ускорение 5 40g). При всех исследованных параметрах вибрации в примере 1 выполнялось соотношение
d ≅ 2δ, (1)
где d диаметр сосуда; δ толщина пограничного слоя колеблющейся дисперсной системы, при этом
d = 5,0a (2),
где a амплитуда вибрации. Соотношение (2) следует из известных результатов теории пограничного слоя [4] на основе которых можно получить, что толщина пограничного слоя около колеблющейся границы определяется по формуле

,
где ω = 2πf круговая частота колебаний; f частота; v кинематическая вязкость турбулентного движения жидкости. Турбулентную вязкость дисперсной среды можно определить из оценок v ≈ νa, ν ≈ ωa, где ню характерная скорость колебаний среды. Отсюда следует v = ωa². Подставляя это значение в выражении для δ (3), можно найти соотношение (2). Опыты показали, что во всем исследованном диапазоне высот сосуда, газосодержания жидкости, параметров вибрации явление вибротурбулизации не наблюдалось, перемешивание было плохое, газ распределялся в объеме жидкости неоднородно, а акустический резонанс и кавитация не имели места. Таким образом, в сосуде, меньшим или равным удвоенной толщины пограничного слоя, нельзя организовать интенсивное перемешивание дисперсной системы.Example 1. To obtain a dispersed system of liquid-gas choose a vessel with a diameter of 20 mm The height of the container varied from 200 to 800 mm, and the gas content of the liquid was in the range of 5–20. Hereinafter, in the examples, water is used as a liquid, and air at room temperature and atmospheric pressure is used as a gas. The vibration parameters were as follows: frequency 20 100 Hz, amplitude 2 10 mm (acceleration 5 40g). For all investigated vibration parameters in example 1, the relation
d ≅ 2δ, (1)
where d is the diameter of the vessel; δ the thickness of the boundary layer of the oscillating dispersed system, while
d = 5.0a (2),
where a is the amplitude of vibration. Relation (2) follows from the known results of the theory of the boundary layer [4] based on which it can be obtained that the thickness of the boundary layer near the oscillating boundary is determined by the formula

,
where ω = 2πf is the circular oscillation frequency; f frequency; v kinematic viscosity of turbulent fluid motion. The turbulent viscosity of a dispersed medium can be determined from the estimates v ≈ νa, ν ≈ ωa, where nu is the characteristic velocity of oscillations of the medium. This implies v = ωa ² . Substituting this value in the expression for δ (3), we can find relation (2). The experiments showed that in the entire investigated range of vessel heights, gas content of the liquid, and vibration parameters, the phenomenon of turboturbation was not observed, mixing was poor, gas was not uniformly distributed in the volume of the liquid, and acoustic resonance and cavitation did not occur. Thus, in a vessel less than or equal to twice the thickness of the boundary layer, intensive mixing of the disperse system cannot be organized.

Пример 2. Был выбран сосуд диаметром d 110 мм и высотой H 200 мм, так чтобы d > 2δ (см. пример 1), который заполнили жидкостью (водой) до уровня, соответствующего газосодержанию в сосуде 5 При всех исследованных параметрах вибрации (частота 20 100 Гц, амплитуда вибрации 1 10 мм) качественного перемешивания не происходит, пузыри крупные, кавитация не возникает. Далее определяют частоту вибрации, соответствующую основной резонансной частоте акустического резонанса в закрытой емкости, которая соответствует условию размещения в емкости стоячей полуволны звуковых колебаний
f c_эф/2H,
где c_эф скорость звука в дисперсной среде определяется по формуле Меллока

где k коэффициент адиабаты; p давление; Φ газосодержание; r - плотность жидкости. Для воздуха k 1, 4; p 10⁵ Па; v 0,05; r 1000 кг/м³. По формуле (5) скорость звука в дисперсной среде составляет 60 м/с, а частота согласно (4) будет 150 Гц. То есть в условиях примера резонанс, связанный с образованием стоячей волны, не возникает при всех исследованных параметрах вибрации, поэтому интенсивность перемешивания небольшая, образование кавитационных пузырьков не происходит, установление однородного распределения газа по всему объему затруднено. Следует отметить, что низкочастотные вибрации для организации хорошего перемешивания и получения однородных по объему дисперсных систем являются более выгодными с точки зрения энергетических затрат, технического исполнения и эксплуатации.Example 2. A vessel with a diameter of d 110 mm and a height of H 200 mm was selected so that d> 2δ (see Example 1), which was filled with liquid (water) to a level corresponding to the gas content in the vessel 5 For all vibration parameters studied (frequency 20 100 Hz, vibration amplitude 1 10 mm) high-quality mixing does not occur, bubbles are large, cavitation does not occur. Next, determine the vibration frequency corresponding to the main resonant frequency of the acoustic resonance in a closed container, which corresponds to the condition of placing in the tank a standing half-wave of sound vibrations
fc _eff / 2H,
where c _{eff the} speed of sound in a dispersed medium is determined by the Mellock formula

where k is the adiabatic coefficient; p pressure; Φ gas content; r is the density of the liquid. For air k 1, 4; p 10 ⁵ Pa; v 0.05; r 1000 kg / m ³ . According to formula (5), the speed of sound in a dispersed medium is 60 m / s, and the frequency according to (4) will be 150 Hz. That is, under the conditions of the example, the resonance associated with the formation of a standing wave does not occur for all the vibration parameters studied, so the mixing intensity is small, the formation of cavitation bubbles does not occur, and it is difficult to establish a uniform distribution of gas throughout the volume. It should be noted that low-frequency vibrations for organizing good mixing and obtaining disperse systems uniform in volume are more advantageous in terms of energy costs, technical design, and operation.

Пример 3. Выбирают сосуд диаметром 110 мм, высотой 1000 мм и заполняют его жидкостью до уровня, соответствующего газосодержанию 10 Расчет во формуле (4) определяет резонансную частоту 20 Гц. При вибрировании с этой частотой и амплитудой 8,2 мм > a_* возникает интенсивное перемешивание, образуются кавитационные полости, распределение газа по объему становится равномерным и дисперсная система переходит в режим вибротурбулизации.Example 3. Select a vessel with a diameter of 110 mm, a height of 1000 mm and fill it with liquid to a level corresponding to the gas content 10 The calculation in formula (4) determines the resonant frequency of 20 Hz. When vibrating with this frequency and amplitude of 8.2 mm> a _* , intense mixing occurs, cavitation cavities are formed, the gas distribution throughout the volume becomes uniform and the dispersed system goes into vibroturbulation mode.

Пример 4. Выбирают сосуд диаметром 100 мм, высотой 500 мм и заполняют его жидкостью до уровня, соответствующего газосодержанию в сосуде 5 Определяют скорость звука в дисперсной системе по формуле (5), которая оказывается равной 60 м/с. Согласно (4) основная резонансная частота в этом случае f 60 Гц. Опытные данные свидетельствуют, что при этой частоте и амплитуде 2,3 мм > a_* наблюдается установление режима вибротурбулизации с хорошим перемешиванием. При небольшом отклонении частоты от расчетной (± 5 Гц) происходит срыв с режима интенсивного перемешивания и для того, чтобы этот режим поддержать требуются значительно большие амплитуды вибрации.Example 4. Choose a vessel with a diameter of 100 mm, a height of 500 mm and fill it with liquid to a level corresponding to the gas content in the vessel 5. The speed of sound in the dispersed system is determined by the formula (5), which turns out to be 60 m / s. According to (4), the main resonant frequency in this case is f 60 Hz. Experimental data indicate that at this frequency and amplitude of 2.3 mm> a _* , the regime of vibroturbulation with good mixing is observed. With a small deviation of the frequency from the calculated (± 5 Hz) disruption occurs from the intensive mixing mode and in order to maintain this mode, significantly larger vibration amplitudes are required.

Пример 5. В условиях примера 4 увеличивают газосодержание до 10 Скорость звука дисперсной системы, определяемая по формуле (5) становится 37,4 м/с, а резонансная частота 37,4 Гц. Полученные расчетом результаты подтверждаются экспериментом, показывающим, что резонансная полуволна, кавитация и интенсивное перемешивание происходит при частотах 32 38 Гц и значении амплитуд более 3,6 4,0 мм. Example 5. Under the conditions of example 4, the gas content is increased to 10. The sound velocity of the dispersed system, determined by formula (5), becomes 37.4 m / s, and the resonant frequency is 37.4 Hz. The results obtained by calculation are confirmed by an experiment showing that the resonant half-wave, cavitation and intense mixing occurs at frequencies of 32–38 Hz and amplitudes greater than 3.6 4.0 mm.

Следует отметить, что резонанс, отвечающий условию H = 1/2λ, где l длина волны; H высота емкости, может быть обеспечен подбором соответствующей высоты емкости при заданной частоте и газосодержании дисперсной системы или изменением газосодержания при постоянной частоте и высоте емкости. It should be noted that the resonance corresponding to the condition H = 1 / 2λ, where l is the wavelength; H the height of the tank can be ensured by selecting the appropriate tank height at a given frequency and gas content of the dispersed system or by changing the gas content at a constant frequency and height of the tank.

Интенсивность перемешивания можно существенно увеличить, если емкость будет вибрировать с двумя и более частотами, отвечающими резонансам нелинейной колебательной системы, состоящей из газожидкостной смеси и упруго-пластичного сосуда. Интенсивность перемешивания проще всего повысить, увеличивая амплитуду вибраций, но это сопровождается значительным повышением энергозатрат. Кроме этого, при достаточно больших амплитудах колебаний становится заметной нелинейность системы и это выражается в том, что ее добротность снижается, резонансная кривая уширяется и появляется зависимость частоты от амплитуды колебаний. Для осуществления более эффективного перемешивания необходимо наиболее полно использовать резонансные свойства системы без увеличения амплитуды вибрации. Для этого целесообразно вибрировать на двух частотах. Первая отвечают резонансу на основной моде колебаний в продольном направлении, что соответствует резонансному условию равенства высоты столба дисперсной системы половине длины волны акустических колебаний H = λ₁/2, f₁ c_эф/2H, вторая частота обеспечивает аналогичный резонанс в поперечном направлении, когда поперечный размер дисперсной системы d равен половине длины акустической волны d = λ₂/2, f₂ c_эф/2d, если емкость изготавливают в виде параллелепипеда с квадратным поперечным сечением. Если емкость изготовлена в виде цилиндра, то поперечная резонансная частота f₂= 2,4c_эф/2πR где R радиус сосуда.The intensity of mixing can be significantly increased if the container vibrates with two or more frequencies corresponding to the resonances of a nonlinear oscillatory system consisting of a gas-liquid mixture and an elastic-plastic vessel. The intensity of mixing is easiest to increase by increasing the amplitude of the vibrations, but this is accompanied by a significant increase in energy consumption. In addition, with sufficiently large vibration amplitudes, the nonlinearity of the system becomes noticeable and this is expressed in the fact that its Q factor decreases, the resonance curve broadens and a frequency dependence on the vibration amplitude appears. To implement more efficient mixing, it is necessary to use the resonant properties of the system to the fullest extent possible without increasing the amplitude of vibration. To do this, it is advisable to vibrate at two frequencies. The first corresponds to resonance in the main mode of oscillations in the longitudinal direction, which corresponds to the resonance condition that the column height of the dispersed system is equal to half the wavelength of acoustic vibrations H = λ _1/2 , f ₁ c _eff / 2H, the second frequency provides a similar resonance in the transverse direction when the transverse size dispersion d is equal to half the acoustic wave length d = λ _2/2, f ₂ c _eff / 2d, if the container is made as a parallelepiped with square cross section. If the capacitance is made in the form of a cylinder, then the transverse resonant frequency is f ₂ = 2.4c _ef / 2πR where R is the radius of the vessel.

Режим вибротурбулизации, обеспечивающий качественное и интенсивное перемешивание дисперсной системы реализуется при создании условий для образования кавитации в жидкости. Схлопывание кавитационных полостей вносит в дисперсную систему очень мощные импульсы давления (до 10⁷ Па), которые приводят к дроблению воздушных полостей на пузырьки и формированию гидравлических ударов, что способствует образованию однородной по объему газожидкостной среды. Для возникновения кавитации необходимо, чтобы в системе возникали "отрицательные" давления. Этого можно достичь путем увеличения амплитуды колебаний на начальном этапе вибрирования. Для этого амплитуда колебаний емкости a должна иметь значение величины не менее a_*

,
где f частота колебаний; p среднее давление в вибрируемом сосуде; r плотность жидкости; k 0,6 0,7 эмпирический коэффициент. Выражение (6) отражает тот факт, что для возникновения кавитации в жидкости характерный динамический напор должен превышать разницу между давлением в дисперсной системе p и давлением насыщенных паров жидкости при данной температуре среды p_d. Критический динамический напор определяется из соотношения

.The vibroturbulation mode, which provides high-quality and intensive mixing of the dispersed system, is realized when conditions are created for the formation of cavitation in the liquid. The collapse of cavitation cavities introduces very powerful pressure pulses (up to 10 ⁷ Pa) into the dispersed system, which lead to crushing of the air cavities into bubbles and the formation of hydraulic shocks, which contributes to the formation of a gas-liquid medium uniform in volume. For cavitation to occur, it is necessary that “negative” pressures arise in the system. This can be achieved by increasing the amplitude of the oscillations at the initial stage of vibration. For this, the amplitude of the oscillations of the capacitance a must have a value of at least a _*

,
where f is the oscillation frequency; p is the average pressure in the vibrating vessel; r fluid density; k 0.6 0.7 empirical coefficient. Expression (6) reflects the fact that for the occurrence of cavitation in a liquid, the characteristic dynamic pressure must exceed the difference between the pressure in the dispersed system p and the pressure of saturated vapor of the liquid at a given temperature of the medium p _d . The critical dynamic head is determined from the relation

.

В условии (7) ν_*≈ ωa_* характерная критическая скорость жидкости; a_* характерная критическая амплитуда колебаний; ω = 2πf круговая частота колебаний. Если пренебречь давлением насыщенных паров жидкости, то из (7) следует оценка для критической амплитуды a_* (6). В этом приближении величина критической амплитуды получится несколько завышенной, что не существенно для большинства практических приложений. Приведенный вывод справедлив в качестве критериальной оценки, поэтому в условии (6) присутствует безразмерный коэффициент k, значение которого находится из эксперимента и оказывается равным 0,6 0,7. После достижения дисперсной системой режима вибротурбулизации скорость жидкости в сосуде при наличии резонанса будет превышать скорость вибрируемых поверхностей, поэтому условие для поддержания процесса кавитации в системе будет слабее указанного (6) и амплитуду вибраций можно сделать меньше, чем a_* без ущерба для процесса перемешивания.In condition (7), ν _* ≈ ωa _{* is the} characteristic critical fluid velocity; a _* characteristic critical amplitude of oscillations; ω = 2πf is the circular oscillation frequency. If we neglect the pressure of saturated vapor of the liquid, then the estimate for the critical amplitude a _* (6) follows from (7). In this approximation, the critical amplitude will turn out to be somewhat overestimated, which is not essential for most practical applications. The above conclusion is valid as a criterion estimate; therefore, condition (6) contains a dimensionless coefficient k, the value of which is found from the experiment and turns out to be 0.6 0.7. After the dispersed system reaches the regime of vibroturbulation, the fluid velocity in the vessel in the presence of resonance will exceed the velocity of the vibrated surfaces, therefore, the condition for maintaining the cavitation process in the system will be weaker than indicated (6) and the vibration amplitude can be made smaller than a _* without affecting the mixing process.

Образование стоячей полуволны и кавитации в резонаторах вибросмесителей (см. например, [6]) или объеме вибросмесителя, имеющего резонатор [7] также улучшит качество перемешивания и уменьшит потребление энергии. The formation of a standing half-wave and cavitation in resonators of vibration mixers (see, for example, [6]) or the volume of a vibration mixer having a resonator [7] will also improve the quality of mixing and reduce energy consumption.

Приведенные результаты могут быть распространены на газожидкостные дисперсные системы, получаемые при помощи пульсационной техники. The results can be extended to gas-liquid dispersed systems obtained using pulsation technology.

Литература. Literature.

1. Авторское свидетельство СССР N 750795, кл. B 01 F 3/08, 1984. 1. USSR author's certificate N 750795, cl. B 01 F 3/08, 1984.

2. Авторское свидетельство СССР N 428768, кл. B 01 F 3/08, 1974. 2. USSR author's certificate N 428768, cl. B 01 F 3/08, 1974.

3. Е. Д. Зайцев, Н. В. Михайлов. Экспериментальное исследование поведения жидкости в вибрирующем сосуде. Изв. СО АН, сер. техн. наук, 1987, N 4, вып. 1, с. 102 106. 3. E. D. Zaitsev, N. V. Mikhailov. An experimental study of the behavior of a liquid in a vibrating vessel. Izv. SO AN, ser. tech. Sciences, 1987, N 4, no. 1, p. 102 106.

4. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М. Наука. 1969. 4. Schlichting G. Theory of the boundary layer. M. Science. 1969.

5. Бэтчелор Дж. Волны сжатия в суспензиях газовых пузырьков в жидкости. Механика: периодический сборник иностранных статей. 1968. N 3, с. 67 84. 5. Batchelor J. Compression waves in suspensions of gas bubbles in a liquid. Mechanics: a periodic collection of foreign articles. 1968. N 3, p. 67 84.

6. Патент России N 2004316, кл. B 01 F 11/00, 1994. 6. Patent of Russia N 2004316, cl. B 01 F 11/00, 1994.

7. Авторское свидетельство СССР N 1315330, кл. B 28 C 5/00, 1987. 7. Copyright certificate of the USSR N 1315330, cl. B 28 C 5/00, 1987.

Claims

1. A method of producing dispersed systems by vibrational action on a liquid system in the presence of gas, characterized in that the vibrational action is carried out with resonant frequencies of the main modes of acoustic vibrations of the dispersed medium and vibration amplitudes selected from the condition of cavitation in the liquid volume, while the dimensions of the oscillating dispersed systems are no less than twice the thickness of the boundary layer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the vibrational effect on the dispersed system is carried out with an amplitude of vibration of not less than

where f is the frequency of vibration;
P is the average pressure in the vibrating vessel;
ρ is the fluid density;
k 0.6 0.7 coefficient.

3. The method according to claim 1, characterized in that the dispersed system is shaved with two or more frequencies that correspond to the main resonances of a nonlinear oscillatory system consisting of a multiphase medium and an elastoplastic vessel.

4. The method according to claim 1, characterized in that the vibrational effect on the dispersed system is carried out by vibrating the bottom.

5. The method according to claim 1, characterized in that the vibrational effect on the dispersed system is carried out by vibrating immersed in it mixers and other activators.

6. The method according to claim 1, characterized in that the vibrational effect on the dispersed system is carried out using resonators.