RU2767096C2 - Method for processing inhomogeneous hydraulic media (liquids) - Google Patents

Method for processing inhomogeneous hydraulic media (liquids) Download PDF

Info

Publication number
RU2767096C2
RU2767096C2 RU2020124689A RU2020124689A RU2767096C2 RU 2767096 C2 RU2767096 C2 RU 2767096C2 RU 2020124689 A RU2020124689 A RU 2020124689A RU 2020124689 A RU2020124689 A RU 2020124689A RU 2767096 C2 RU2767096 C2 RU 2767096C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
jet
solid phase
processing
structurally
Prior art date
Application number
RU2020124689A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020124689A3 (en
RU2020124689A (en
Inventor
Алексей Григорьевич Ткачев
Андрей Леонидович Галиновский
Александр Александрович Барзов
Мью Хтет Чжо
Николай Николаевич Сысоев
Александр Сергеевич Проваторов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр"
Priority to RU2020124689A priority Critical patent/RU2767096C2/en
Publication of RU2020124689A3 publication Critical patent/RU2020124689A3/ru
Publication of RU2020124689A publication Critical patent/RU2020124689A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767096C2 publication Critical patent/RU2767096C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the technology of ultrajet processing, diagnostics of materials and to production of activated suspensions, and can be used in various industries: mining, chemical, metallurgical, etc. The method for processing consists in combining the process of dispersing the solid phase with the process of suspension forming by impacting the solid phase of the liquid jet. The jet is formed in a nozzle jet-forming unit and has a specific kinetic energy and impact time at the moment of interaction with the solid phase sufficient for destructing the material of the solid phase. The impact on the solid phase is executed by a supersonic liquid jet. The solid phase is used as a target constituting a compact solid material. When the impact is executed on the target by a supersonic liquid jet, the location of the contact spot of the supersonic liquid jet on the surface of the target is changed in time to maintain the efficiency of destruction of the target. The processing of the structurally inhomogeneous hydraulic medium is repeated until the required stabilisation of acoustic emission signals - high-frequency elastic deformation waves generated in the area of contact of the jet with the target and registered by piezoelectric transducers.
EFFECT: reduced power consumption and processing time, ensured stability of homogenisation of a hydraulic medium.
8 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии ультраструйной обработки, диагностики материалов и к приготовлению активированных суспензий и может быть использовано в различных отраслях промышленности (горной, химической, металлургической и др.).The invention relates to the technology of ultrajet processing, diagnostics of materials and to the preparation of activated suspensions and can be used in various industries (mining, chemical, metallurgical, etc.).

В существующих известных способах процесс приготовления структурно-неоднородных гидросред, состоящих из механической смеси жидкой фазы (жидкости, матрицы) и частичек твердой фазы (наполнителя, порошка) разделен по времени. Как правило, фракционирование и/или диспергирование исходного твердого продукта осуществляется механически, а затем происходит его смешивание с жидкой матрицей (жидким носителем). При этом процесс смешивания может сочетаться с измельчением наполнителя, сепарацией и т.д. (см., например, RU 2119824, B01F 3/12, 1998).In the existing known methods, the process of preparing structurally heterogeneous hydro-media, consisting of a mechanical mixture of the liquid phase (liquid, matrix) and particles of the solid phase (filler, powder) is divided in time. As a rule, fractionation and/or dispersion of the original solid product is carried out mechanically, and then it is mixed with a liquid matrix (liquid carrier). In this case, the mixing process can be combined with the grinding of the filler, separation, etc. (See, for example, RU 2119824, B01F 3/12, 1998).

Такая последовательность действий снижает эффективность активации жидкофазной матрицы частицами твердого наполнителя. К числу активирующих жидкую матрицу процессов следует отнести диффузионные, химические и другие физические процессы и явления, протекающие на границе раздела двух фаз (см. вышеуказанный патент). Наличие на поверхности частиц порошка пассивирующих химических и молекулярных (адсорбционных) пленок также снижает эффективность процесса активации жидкофазной матрицы (ЖМ) элементами дисперсной твердой фазы (ТФ).Such a sequence of actions reduces the efficiency of activation of the liquid-phase matrix by solid filler particles. Among the processes activating the liquid matrix are diffusion, chemical and other physical processes and phenomena occurring at the interface between two phases (see the above patent). The presence of passivating chemical and molecular (adsorption) films on the surface of the powder particles also reduces the efficiency of the process of activation of the liquid-phase matrix (LM) by the elements of the dispersed solid phase (SP).

Для устранения этих недостатков осуществляют совмещение процесса диспергирования твердой фазы с процессом образования суспензии (см., например, патент РФ 2097180, кл. В28С 5/36, 1997). За счет этого удается повысить эффективность процесса активации структурно - неоднородной гидросреды (конечного продукта), т.е. получить ее новое качество и улучшить потребительские свойства.To eliminate these shortcomings, the process of dispersion of the solid phase is combined with the process of forming a suspension (see, for example, RF patent 2097180, class B28C 5/36, 1997). Due to this, it is possible to increase the efficiency of the activation process of a structurally inhomogeneous hydro-environment (final product), i.e. get its new quality and improve consumer properties.

Однако и такой способ обладает следующими недостатками:However, this method also has the following disadvantages:

- трудность регулирования приготовления суспензии с заданными свойствами из-за неконтролируемого процесса диспергирования;- the difficulty of regulating the preparation of a suspension with desired properties due to the uncontrolled dispersion process;

- отсутствие активации жидкой матрицы в процессе приготовления суспензии;- no activation of the liquid matrix during the preparation of the suspension;

- ограничения на прочностные характеристики ТФ;- restrictions on the strength characteristics of TF;

- сложность получения многокомпонентных суспензий;- the complexity of obtaining multicomponent suspensions;

- низкая производительность процесса насыщения жидкой матрицы частицами ТФ.- low productivity of the process of saturation of the liquid matrix with TF particles.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ приготовления суспензий (пат. РФ 2397012, МПК B01F 3/12, опубл. 20.08.2010), заключающимся в совмещении процесса диспергирования твердой фазы с процессом образования структурно-неоднородной гидросреды, что осуществляют путем воздействия в течение определенного времени на мишень струи жидкости, имеющей в момент взаимодействия с мишенью заданную удельную кинетическую энергию и время воздействия, достаточные для разрушения материала мишени, при этом при воздействии на мишень струи структурно-неоднородной гидросреды осуществляют изменение во времени местоположение на поверхности мишени пятна контакта с ней. А также тем, что изменение во времени местоположения на поверхности мишени пятна контакта с ней струи структурно-неоднородной гидросреды осуществляют путем перемещения струи структурно-неоднородной гидросреды и мишени относительно друг друга; эффективное время воздействия струи на мишень определяют как отношение диаметра пятна контакта струи с мишенью к скорости относительного перемещения струи по поверхности мишени, обеспечивающей максимальную интенсивность разрушения мишени; струя структурно-неоднородной гидросреды имеет постоянные или изменяющиеся энергетические параметры; структурно-неоднородную гидросреду на мишень подают в виде непрерывной или прерывистой струи заданной скважности; осуществляют изменение угла атаки струи; изменение местоположения на поверхности мишени пятна контакта с ней струи структурно-неоднородной гидросреды осуществляют непрерывно или периодически; в качестве структурно-неоднородной гидросреды для струи используют образующуюся после воздействия струи о мишень структурно-неоднородную гидросреду; в качестве которой используют оставшуюся чистую структурно-неоднородную гидросреду или с твердыми частицами; в качестве структурно-неоднородной гидросреды используют среду, частицы в которой состоят из твердого материала, твердость которого меньше, больше или равна твердости материала мишени; в качестве твердого материала используют кварц, кремень или алмаз; в качестве мишени используют мишень, состоящую, по крайней мере, из двух половинок, выполненных из различных по твердости материалов; половинка мишени со стороны воздействия струи имеет большую твердость; воздействие струи структурно-неоднородной гидросреды осуществляют в месте сочленения половинок мишени; струей структурно-неоднородной гидросреды воздействуют на мишень, погруженную в жидкость; жидкость, в которую погружена мишень, содержит трудно изнашиваемый абразив или частицы из материала мишени или идентичного ему материала; по мере измельчения указанного абразива его добавляют в указанную структурно-неоднородную гидросреду; по мере получения активированной структурно-неоднородной гидросреды с заданными свойствами осуществляют отбор ее с разных уровней; в качестве структурно-неоднородной гидросреды используют поликомпонентные эмульсию, раствор или суспензию; в качестве поликомпонентной структурно-неоднородной гидросреды используют солевой раствор. Отбор структурно-неоднородной гидросреды и образование струи осуществляют оснасткой, изготовленной из того же материала, что и мишень. На струю структурно-неоднородной гидросреды и саму гидросреду, в которой находится мишень, воздействуют физическими полями; воздействие осуществляют термическим полем; в процессе воздействия струи структурно-неоднородной гидросреды на мишень осуществляют измерение параметров акустической эмиссии (АЭ) и по ним судят об интенсивности процесса размывания мишени и получения активированной структурно-неоднородной гидросреды при уменьшении параметров АЭ не более чем на 5-7% осуществляют относительное перемещение струи структурно-неоднородной гидросреды и мишени, которое прекращают при достижении параметрами АЭ прежних значений.The closest technical solution adopted as a prototype is a method for preparing suspensions (US Pat. RF 2397012, IPC B01F 3/12, publ. 20.08.2010), which consists in combining the process of dispersion of the solid phase with the process of formation of a structurally heterogeneous hydro-environment, which is carried out by exposing the target to a jet of liquid for a certain time, which at the moment of interaction with the target has a given specific kinetic energy and exposure time sufficient to destroy the target material; spots of contact with it. And also by the fact that the change in time of the location on the target surface of the spot of contact with it of a jet of a structurally inhomogeneous hydro-environment is carried out by moving the jet of a structurally inhomogeneous hydro-environment and the target relative to each other; the effective time of the impact of the jet on the target is defined as the ratio of the diameter of the contact spot of the jet with the target to the velocity of the relative movement of the jet over the target surface, which ensures the maximum intensity of target destruction; a jet of a structurally inhomogeneous hydro-environment has constant or changing energy parameters; a structurally inhomogeneous hydro-environment is supplied to the target in the form of a continuous or intermittent jet of a given duty cycle; change the angle of attack of the jet; changing the location on the target surface of the spot of contact with it jets of structurally inhomogeneous fluid is carried out continuously or periodically; as a structurally inhomogeneous hydro-environment for the jet, a structurally inhomogeneous hydro-environment formed after the impact of the jet on the target is used; which is used as the remaining pure structurally heterogeneous fluid or with solid particles; as a structurally inhomogeneous hydro-environment, a medium is used, the particles in which consist of a solid material, the hardness of which is less than, greater than or equal to the hardness of the target material; quartz, flint or diamond is used as a solid material; as a target, a target is used, consisting of at least two halves made of materials of different hardness; the half of the target on the side of the impact of the jet has a greater hardness; the impact of a jet of a structurally inhomogeneous hydro-environment is carried out at the junction of the halves of the target; a jet of a structurally inhomogeneous hydro-environment acts on a target immersed in a liquid; the liquid in which the target is immersed contains hard-to-wear abrasive or particles from the target material or an identical material; as the specified abrasive is ground, it is added to the specified structurally heterogeneous hydraulic medium; as an activated structurally heterogeneous hydro-environment with desired properties is obtained, it is selected from different levels; as a structurally heterogeneous hydro-environment, a polycomponent emulsion, solution or suspension is used; a saline solution is used as a polycomponent structurally heterogeneous hydro-environment. The selection of a structurally inhomogeneous hydro-environment and the formation of a jet is carried out with equipment made of the same material as the target. The jet of a structurally inhomogeneous hydro-environment and the hydro-environment itself, in which the target is located, are affected by physical fields; the impact is carried out by a thermal field; during the impact of a jet of a structurally inhomogeneous hydraulic medium on the target, the parameters of acoustic emission (AE) are measured and they are used to judge the intensity of the process of blurring the target and obtaining an activated structurally inhomogeneous hydraulic medium with a decrease in the AE parameters by no more than 5-7%, relative movement of the jet is carried out structurally inhomogeneous hydro-environment and target, which is stopped when the AE parameters reach the previous values.

Недостатком известного способа является отсутствие приемов достижения стабильной гомогенной структуры обработки неоднородных гидросред (жидкостей) исходных структурно-неоднородных гидросистем: структурно-неоднородной гидросреды, например, на основе углеродных нанотрубок, графена, водорастворимых полимеров и т.д.The disadvantage of the known method is the lack of methods to achieve a stable homogeneous structure for processing inhomogeneous hydraulic media (liquids) of the initial structurally inhomogeneous hydraulic systems: a structurally inhomogeneous hydroenvironment, for example, based on carbon nanotubes, graphene, water-soluble polymers, etc.

Задачей изобретения является определение количества минимально необходимых циклов (времени) обработки, обеспечивающий стабильную гомогенную структуру исходных структурно-неоднородных гидросистем: структурно-неоднородных гидросред, например, на основе углеродных нанотрубок, графена, водорастворимых полимеров и т.д.The objective of the invention is to determine the number of minimum required cycles (time) of processing, providing a stable homogeneous structure of the original structurally heterogeneous hydraulic systems: structurally heterogeneous hydromedia, for example, based on carbon nanotubes, graphene, water-soluble polymers, etc.

Технический результат заключается в сокращении энергетических затрат и продолжительности обработки исходных структурно-неоднородных гидросред с обеспечением стабильной гомогенной структуры гидросред.The technical result consists in reducing energy costs and the duration of processing of the initial structurally heterogeneous hydraulic media with the provision of a stable homogeneous structure of the hydraulic media.

Указанные задача и технический результат достигаются способом обработки структурно-неоднородных гидросред, заключающийся в совмещении процесса диспергирования твердой фазы с процессом образования структурно-неоднородной гидросреды путем воздействия на твердую фазу струи структурно-неоднородной гидросреды, сформированной в сопловом струеформирующем блоке и имеющей в момент взаимодействия с твердой фазой удельную кинетическую энергию и время воздействия, достаточные для разрушения материала твердой фазы, воздействие на твердую фазу осуществляют сверхзвуковой струей жидкости, при этом твердую фазу используют в виде мишени, представляющей собой компактный твердый материал, а при воздействии на мишень сверхзвуковой струи структурно-неоднородной гидросреды жидкости осуществляют изменение во времени местоположения на поверхности мишени пятна контакта с ней сверхзвуковой струи для поддержания эффективности разрушения мишени. Согласно изобретению, процесс обработки структурно-неоднородной гидросреды повторяют до требуемой стабилизации сигналов акустической эмиссии (высокочастотных волн упругой деформации) генерируемых в зоне удара струи о мишень и фиксируемых пьезоэлектрическими преобразователями.The specified task and technical result are achieved by the method of processing structurally inhomogeneous hydraulic media, which consists in combining the process of dispersion of the solid phase with the process of formation of a structurally inhomogeneous hydraulic medium by exposing the solid phase to a jet of a structurally inhomogeneous hydraulic medium formed in a nozzle jet-forming unit and having at the moment of interaction with the solid phase, the specific kinetic energy and exposure time sufficient to destroy the material of the solid phase, the impact on the solid phase is carried out by a supersonic jet of liquid, while the solid phase is used in the form of a target, which is a compact solid material, and when the target is exposed to a supersonic jet of a structurally inhomogeneous hydraulic medium liquids change the location of the supersonic jet contact spot on the target surface in time to maintain the efficiency of target destruction. According to the invention, the process of processing a structurally inhomogeneous hydro-environment is repeated until the required stabilization of acoustic emission signals (high-frequency elastic deformation waves) generated in the zone of impact of the jet on the target and fixed by piezoelectric transducers.

А также тем, что пьезопреобразователи устанавливают на сопловом струеформирующем блоке и на мишени, о которую ударяется структурно-неоднородная гидросреда, и диагностическое сравнение сигналов акустической эмиссии осуществляют путем анализа этих сигналов, зафиксированных пьезопреобразователями.And also by the fact that the piezoelectric transducers are installed on the nozzle jet block and on the target against which the structurally inhomogeneous hydraulic medium hits, and the diagnostic comparison of acoustic emission signals is carried out by analyzing these signals recorded by the piezoelectric transducers.

А также тем, что в качестве исходных структурно-неоднородных гидросред обрабатывают эмульсии и/или микросуспензии на основе углеродных нанотрубок, графена и водорастворимых полимеров.And also by the fact that emulsions and/or microsuspensions based on carbon nanotubes, graphene and water-soluble polymers are treated as initial structurally inhomogeneous hydromedia.

А также тем, что обработку исходных структур осуществляют на технологической установке, содержащей устройство для периодической или непрерывной подачи структурно-неоднородных гидросред на обработку, блок формирования ультраструи с струеформирующим соплом, корпус с мишенью, пьезоэлектрические прееобразователи (датчики) волн акустической эмиссии (АЭ) - волн упругой деформации среды, генерируемых при формировании высокоскоростной ультраструи (УС) на контактных поверхностях сопла и в самой УС.And also by the fact that the processing of the initial structures is carried out on a technological installation containing a device for periodic or continuous supply of structurally inhomogeneous hydro-media for processing, an ultra-jet formation unit with a jet-forming nozzle, a housing with a target, piezoelectric transducers (sensors) of acoustic emission (AE) waves - waves of elastic deformation of the medium generated during the formation of a high-velocity ultrajet (US) on the contact surfaces of the nozzle and in the US itself.

А также тем, что повторную обработку проводят на одной технологической установке в циклически замкнутом режиме.And also by the fact that re-processing is carried out on one technological installation in a cyclically closed mode.

А также тем, что для обработки используют несколько установок, на которых последовательно обрабатывают (гомогенизируют) структурно-неоднородную гидросреду, сформированную на предшествующей установке.And also by the fact that several installations are used for processing, on which the structurally heterogeneous hydro-environment formed at the previous installation is sequentially processed (homogenized).

А также тем, что в качестве мишени используют медную пластину.And also by the fact that a copper plate is used as a target.

А также тем, что зону обработки соединяют с генератором ультразвуковых колебаний.And also by the fact that the treatment area is connected to a generator of ultrasonic vibrations.

Таким образом за счет того, что процесс обработки структурно-неоднородной гидросреды повторяют до требуемой стабилизации сигналов акустической эмиссии (высокочастотных волн упругой деформации) генерируемых в зоне удара струи о мишень и фиксируемых пьезоэлектрическими преобразователями достигается определение количества минимально необходимых циклов (времени) обработки, обеспечивающий стабильную гомо-геннную структуру исходных структурно-неоднородных гидросред: эмульсий и/или микросуспензий, например, на основе углеродных нанотрубок, графена, водорастворимых полимеров и т.д.Thus, due to the fact that the process of processing a structurally inhomogeneous hydro-medium is repeated until the required stabilization of the acoustic emission signals (high-frequency elastic deformation waves) generated in the zone of impact of the jet on the target and fixed by piezoelectric transducers, it is possible to determine the number of minimum required cycles (time) of processing, which ensures a stable homogeneous structure of the initial structurally inhomogeneous hydromedia: emulsions and/or microsuspensions, for example, based on carbon nanotubes, graphene, water-soluble polymers, etc.

В техническом отношении возможна многовариантная реализация способа, его сочетание с другими дополнительными (внешними) физико-технологическими воздействиями, факторами, полями и т.д. Появляется техническая возможность получения структурно-неоднородных гидросред с различными размерами ТФ, их сепарирование естественным путем (отстаивание) или в специальных сепараторах. Использование углеродных наноматериалов позволяет получать наиболее предпочтительный вид структурно-неоднородных гидросред - с минимальным разбросом размеров диспергируемого материалаIn technical terms, a multivariant implementation of the method is possible, its combination with other additional (external) physical and technological influences, factors, fields, etc. There is a technical possibility of obtaining structurally heterogeneous hydro-media with different sizes of FF, their separation in a natural way (sedimentation) or in special separators. The use of carbon nanomaterials makes it possible to obtain the most preferable type of structurally inhomogeneous hydraulic media - with a minimum spread in the size of the dispersed material

Таким образом, патентуемый способ обладает большим инновационным потенциалом, превышающим потенциал классического способа струйно-ударной активации жидкостей.Thus, the patented method has a great innovative potential, exceeding the potential of the classical method of jet-impact activation of liquids.

Изобретение поясняется графическими материалами и чертежами, на которых показаны:The invention is illustrated by graphics and drawings, which show:

на фиг. 1 - схема ультраструйной гидродинамической гомогенизации структурно-неоднородной гидросреды.in fig. 1 is a diagram of ultrajet hydrodynamic homogenization of a structurally inhomogeneous hydro-environment.

1 - исходная структурно-неоднородная гидросреда (СНГ);1 - initial structurally heterogeneous hydro-environment (CIS);

2 - струеформирующее сопло;2 - jet forming nozzle;

3 - пьезоэлектрический пьезопреобразователь (датчик) волн акустической эмиссии (АЭ) - волн упругой деформации среды, генерируемых при формировании высокоскоростной ультраструи (УС) на контактных поверхностях сопла и в самой УС;3 - piezoelectric piezoelectric transducer (sensor) of acoustic emission (AE) waves - waves of elastic deformation of the medium generated during the formation of a high-speed ultrajet (US) on the contact surfaces of the nozzle and in the US itself;

4 - исходные кластероподобные неоднородности обрабатываемой4 - initial cluster-like inhomogeneities of the processed

СНГ;CIS;

5 - частично диспергированные исходные неоднородности 4;5 - partially dispersed initial inhomogeneities 4;

6 - полностью диспергированные, далее не измельчаемые размеростабильные ультрамелкодисперные неоднородности6 - fully dispersed, not further crushed dimensionally stable ultra-finely dispersed inhomogeneities

УС: наночастицы ультрасуспензий и/или субмикрокапли жидкого наполнителя в структурно-неоднородной гидросреде;US: nanoparticles of ultrasuspensions and/or submicrodrops of liquid filler in a structurally inhomogeneous hydro-environment;

7 - волны упругой деформации материала мишени - волны АЭ, генерируемые в зоне удара в нее УС;7 - waves of elastic deformation of the target material - AE waves generated in the impact zone of the target;

8 - генерируемые внешним источником ультразвуковые колебания (УЗК), в частности ультразвуковым генератором (УЗГ);8 - ultrasonic vibrations (US) generated by an external source, in particular, by an ultrasonic generator (US);

9 - твердотельная мишень о которую ударяется диспергируемая (гомогенизируемая) СНГ в виде УС;9 - solid target against which the dispersible (homogenized) LPG in the form of US hits;

10 - датчик АЭ, установленный на мишень;10 - AE sensor mounted on the target;

11 - волны АЭ, генерируемые в корпусе струеформирующего сопла 2;11 - AE waves generated in the body of the jet-forming nozzle 2;

12 - высокоскоростная УС, состоящая из СНГ, имеющая скорость

Figure 00000001
;12 - high-speed US, consisting of LPG, having a speed
Figure 00000001
;

13 - волны АЭ, распространяющиеся по столбу УС из зоны ее ударно-динамического взаимодействия с мишенью 9;13 - AE waves propagating along the US column from the zone of its shock-dynamic interaction with the target 9;

14 - источники УЗК от внешнего устройства, в частности УЗГ;14 - USI sources from an external device, in particular USG;

на фиг. 2 - диаграмма стабилизации сигнала АЭ по мере УС-гомогенизации СНГ.in fig. 2 is a diagram of the stabilization of the AE signal in the course of the US homogenization of the CIS.

1 - изменение осредненного уровня сигнала АЭ, регистрируемого с помощью датчиков на мишени и струеформирующем сопле;1 - change in the average level of the AE signal recorded using sensors on the target and the jet nozzle;

2 - разброс сигнала АЭ, который регистрируется датчиком, установленном на мишени;2 - spread of the AE signal, which is registered by the sensor installed on the target;

3 - разброс сигнала АЭ, который регистрируется датчиком, установленным на струеформирующем сопле.3 - spread of the AE signal, which is recorded by the sensor installed on the jet nozzle.

ПримечанияNotes

1. В данном случае под разбросом сигнала АЭ понимается коэффициент вариации амплитудных значений волн упругой деформации.1. In this case, the spread of the AE signal is understood as the coefficient of variation of the amplitude values of elastic deformation waves.

2. Пьезодатчики АЭ имеют хороший акустический контакт с объектом, в котором генерируются волны АЭ (мишень или сопловой блок, сопло).2. AE piezo sensors have good acoustic contact with the object in which AE waves are generated (target or nozzle block, nozzle).

на фиг. 3 - характерное амплитудное распределение энергетического спектра сигналов АЭ на различных этапах УС-гомогенизации СНГ. Амплитудное распределение энергетики сигналов АЭin fig. 3 - characteristic amplitude distribution of the energy spectrum of AE signals at various stages of the US-homogenization of the CIS. Amplitude distribution of energy of AE signals

1 - исходная негоменизированная структурно-неоднородная гидросреда;1 - original non-homogenized structurally heterogeneous hydro-environment;

2 - частично гомогенизированная структурно-неоднородная гидросреда;2 - partially homogenized structurally heterogeneous hydro-environment;

3 - присутствуют характерные структурные фрагменты;3 - there are characteristic structural fragments;

4 - требуемый уровень гомогенизации достигнут и дальнейшего изменения размеров кластероподобных фрагментов не происходит.4 - the required level of homogenization has been achieved and there is no further change in the size of cluster-like fragments.

на фиг. 4 - схема гомогенизации СНГ по замкнутому циклу на гидротехнологической установке.in fig. 4 is a diagram of LPG homogenization in a closed cycle at a hydrotechnological plant.

на фиг. 5 - схема гомогенизации СНГ с использованием нескольких гидротехнологических установокin fig. 5 - Scheme of LPG homogenization using several hydroprocessing units

Исходная структурно-неоднородная гидросреда (СНГ), например подлежащая гомогенизации суспензия, (фиг. 1 поз. 1) в который присутствуют разноразмерные скопления кластероподобных микроструктур (фиг. 1 поз. 4, 5, 6), например, в виде молекулярных сцеплений углеродных нанотрубок между собой типа гидротвердофазных малоразмерных конкреций (комков), сжимается до давленийThe initial structurally inhomogeneous hydro-environment (SNG), for example, a suspension to be homogenized, (Fig. 1 pos. 1) in which there are different-sized accumulations of cluster-like microstructures (Fig. 1 pos. 4, 5, 6), for example, in the form of molecular linkages of carbon nanotubes among themselves, such as hydrosolid-phase small-sized nodules (lumps), is compressed to pressures

Р=50-500 МПа,P=50-500 MPa,

в зависимости от прочности сцепления отдельных структурных элементов (частиц) диспергируемой гидросреды. Затем с помощью стандартного струе-формирующего тракта, используемого в технологическом оборудовании для гидрорезания материалов в струеформирующем сопле 2 (фиг. 1) формируется высокоскоростная струя из исходной СНГ (фиг. 1 поз. 12), которая движется со скоростьюdepending on the strength of adhesion of individual structural elements (particles) of the dispersed hydro-environment. Then, with the help of a standard jet-forming path used in technological equipment for hydrocutting materials, a high-speed jet is formed from the initial LPG (Fig. 1, item 12) in the jet-forming nozzle 2 (Fig. 1), which moves at a speed

VCVC

по направлению к твердотельной мишени 9, выполненной из эрозионно-стойкого материала, например конструкционной нитридной керамики или твердого сплава типа ВК-8.towards the solid target 9, made of an erosion-resistant material, such as structural nitride ceramics or hard alloy type VK-8.

В процессе ударно-динамического взаимодействия ультраструи (УС) с поверхностью твердотельной мишени, т.е. при воздействии 12 на 9, как показано на фиг. 1, происходит весьма интенсивное превращение кинетической энергии УС в поверхностную энергию облака спрея, образованного ударным распылением исходной СНС до ультрамелкодисперсного состояния и образования облака аэрозоля. Причем, как показывают расчеты, размеры субмикрокапель этого облака меньше размеров структурных неоднородностей исходной гидросреды. Именно в этом, с физической точки зрения состоит доминантный механизм гомогенизации СНГ, в первую очередь кластероподобных конкреций микросуспензий и дисперсных эмульсий.During the shock-dynamic interaction of an ultrajet (US) with the surface of a solid target, i.e. when exposed to 12 on 9, as shown in Fig. 1, there is a very intense conversion of the kinetic energy of the US into the surface energy of the spray cloud formed by shock spraying of the initial SNS to an ultrafine state and the formation of an aerosol cloud. Moreover, as calculations show, the sizes of submicrodroplets of this cloud are smaller than the sizes of structural inhomogeneities of the initial hydro-medium. This, from a physical point of view, is the dominant mechanism of homogenization of the CIS, primarily cluster-like nodules of microsuspensions and dispersed emulsions.

Проблема состоит в определении времени (продолжительности, цикличности) процесса ультраструйной гомогенизации (УСГ) жидкофазных структур, являющихся в данном случае размерно вариативными микросуспензиями. Причем, вполне очевидна экономическая затратность излишнего многократного повторения цикла: сжатие и разгон СНС в виде УС - ударное торможение УС - образование ультрамелкодисперсного спрея - конденсация и получение гомогенизированной гидросубстанции в виде более однородной суспензии. Поэтому, цель заявляемого способа состоит в определении необходимого количества повторений цикла УСГ исходной СНГ по критерию однородности сформированной гидросубстанции, например суспензии на основе углеродных нанотрубок.The problem is to determine the time (duration, cyclicity) of the process of ultrajet homogenization (USH) of liquid-phase structures, which in this case are size-variable microsuspensions. Moreover, the economic cost of excessive repeated repetition of the cycle is quite obvious: compression and acceleration of the SNS in the form of US - shock braking of US - the formation of an ultrafine spray - condensation and obtaining a homogenized hydrosubstance in the form of a more homogeneous suspension. Therefore, the purpose of the proposed method is to determine the required number of repetitions of the SSG cycle of the original LPG according to the criterion of uniformity of the formed hydrosubstance, for example, a suspension based on carbon nanotubes.

Основным информативным признаком параметров неоднородностей в исходной СНГ, ударяющейся в виде УС о поверхность твердотельной мишени является разброс амплитудных значений и интенсивности следования высокочастотных (до 10 МГц) импульсоподобных волн упругих деформаций материала мишени (фиг. 1 поз. 7) - волн акустической эмиссии (АЭ). Помимо распространения волн АЭ по материалу мишени они двигаются по гидростолбу самой УС, как показано на фиг. 1 поз. 13.The main informative feature of the parameters of inhomogeneities in the initial LPG, which strikes the surface of a solid target in the form of a US, is the spread of amplitude values and the repetition rate of high-frequency (up to 10 MHz) impulse-like waves of elastic deformations of the target material (Fig. 1, item 7) - acoustic emission waves (AE ). In addition to the propagation of AE waves over the target material, they move along the hydrocolumn of the US itself, as shown in Fig. 1 pos. 13.

На мишени 9 волны АЭ фиксируются пьезоэлектрическим преобразователем 10 (датчиком сигнала АЭ) и обрабатываются соответствующей акустико-эмиссионной контрольно-измерительной аппаратурой. Волны АЭ со стороны формируемой УС из исходной СНГ и приходящие по столбу из зоны ее удара в мишень (фиг. 1 поз. 11) фиксируется датчиком 3. Причем данные датчики АЭ - 3 и 10 должны иметь хороший акустический контакт с объектом, в котором распространяются и/или генерируются волны АЭ, например, за счет нанесения на место контакта иммерсионного состава типа консистентной смазки марки ЦИАТИМ. В качестве информативного признака сигнала АЭ можно выбрать коэффициент вариации v. Данный коэффициент определяется отношением среднеквадратичного значения отклонения а к математическому ожиданию m уровня амплитудных значений, фиксируемых датчиками АЭ и формируемых в измерительной аппаратуре аналогово-цифровыми блоками обработки сигнала:On the target 9, the AE waves are recorded by the piezoelectric transducer 10 (AE signal sensor) and processed by the appropriate acoustic emission instrumentation. AE waves from the side of the generated US from the initial LPG and coming along the column from the zone of its impact to the target (Fig. 1 pos. 11) are recorded by sensor 3. Moreover, these AE sensors - 3 and 10 must have good acoustic contact with the object in which they propagate and/or AE waves are generated, for example, by applying an immersion composition such as CIATIM grease to the contact site. The coefficient of variation v can be chosen as an informative sign of the AE signal. This coefficient is determined by the ratio of the root-mean-square deviation a to the mathematical expectation m of the level of amplitude values recorded by AE sensors and formed in the measuring equipment by analog-to-digital signal processing units:

Figure 00000002
Figure 00000002

Очевидно, что чем стабильнее сигнал АЭ, тем меньше разброс в уровнях волн АЭ, который напрямую связан с неоднородностями гомогенизируемой СНС из-за их влияния на динамику ударного взаимодействия УС с мишенью.Obviously, the more stable the AE signal, the smaller the spread in the levels of AE waves, which is directly related to the inhomogeneities of the homogenized SNS due to their influence on the dynamics of the impact interaction between the US and the target.

Поэтому в процессе многократной УСГ исходной СНС должно иметь место соотношение вида:Therefore, in the process of multiple SSG of the original SNS, a relation of the form should take place:

Figure 00000003
Figure 00000003

где:where:

n- число повторений процесса УСГ;n is the number of repetitions of the USG process;

νo - коэффициент вариации сигнала АЭ при ударе о мишень УС полностью гомогенизированной (однородной) суспензии или эмульсии.νo is the coefficient of variation of the AE signal upon impact with the US target of a completely homogenized (homogeneous) suspension or emulsion.

Из соотношения (2) следует, что зависимость нестабильных изменений уровня сигнала АЭ в виде коэффициента вариации ν (n), как функции от числа повторений процесса УСГ стремится к некоторому фиксированному значению νo=const. Это значение ν о по- сути является асимптотой функции ν(n) как показано на фиг. 2 Поэтому при заданной величине нестабильности сигнала АЭ А, определяемой разностью между текущим коэффициентом вариации ν(n) и его асимптотическим значением νo повторение процесса УСГ можно прекратить. Именно в этом случае будет иметь место требуемая степень гомогенизации исходной СНГ, определяемая прямыми исследованиями однородности полученного высокодисперсного однородного гидропродукта:It follows from relation (2) that the dependence of unstable changes in the AE signal level in the form of the coefficient of variation ν (n), as a function of the number of repetitions of the USG process, tends to some fixed value νo=const. This value of ν o is in fact the asymptote of the function ν(n) as shown in FIG. 2 Therefore, for a given value of AE signal instability A, determined by the difference between the current coefficient of variation ν(n) and its asymptotic value νo, the repetition of the USG process can be stopped. It is in this case that the required degree of homogenization of the initial LPG will take place, determined by direct studies of the homogeneity of the obtained highly dispersed homogeneous hydroproduct:

Figure 00000004
Figure 00000004

где:where:

nH - функционально необходимое число повторений цикла УСГ, обеспечивающее справедливость соотношения (3).nH - functionally necessary number of repetitions of the USG cycle, ensuring the validity of relation (3).

Заметим, что из-за вероятностного характера процесса УСГ обеспечить близкое к нулю значение νo практически не удается, однако конкретная величина νo зависит от многих факторов данного процесса и определяется в ходе предварительных установочных экспериментов с последующей математической обработкой полученных результатов. В частности, удовлетворительной аппроксимационной способностью обладает экспоненциальная функция вида (см. фиг. 2)It should be noted that due to the probabilistic nature of the SSG process, it is practically impossible to ensure a value of νo close to zero, however, the specific value of νo depends on many factors of this process and is determined in the course of preliminary installation experiments with subsequent mathematical processing of the results obtained. In particular, an exponential function of the form (see Fig. 2) has a satisfactory approximation ability

Figure 00000005
Figure 00000005

где:where:

А - величина v при однократной УСГ (n=1);A - the value of v with a single USG (n=1);

k - коэффициент, фактически характеризующий эффективность процесса УСГ в целом.k is a coefficient that actually characterizes the efficiency of the USG process as a whole.

Некоторые замечания.Some remarks.

1. Достоверность экспоненциального представления функции изменения геометрических неоднородностей структуры исходной СНГ, в процессе повторения операции действием УСГ, помимо прямых экспериментальных исследований, в общем виде подтверждается путем математической формализации вероятностного характера диспергирования, которое аналогично анализу хорошо известного «масштабного фактора прочности» твердых тел.1. The reliability of the exponential representation of the function of changing the geometric inhomogeneities of the structure of the initial LPG, in the process of repeating the operation by the action of the SSG, in addition to direct experimental studies, is generally confirmed by mathematical formalization of the probabilistic nature of dispersion, which is similar to the analysis of the well-known "scale strength factor" of solids.

2. Помимо коэффициента вариации можно использовать другие информативные параметры совокупности (массива) сигналов АЭ. В частности, наряду с традиционным спектральным представлением, с физико-энергетической точки зрения весьма представительным можно считать амплитудный анализ импульсов АЭ, однозначно связанный со структурной неоднородностью УС-ударного возмущения зоны динамического контакта СНГ с мишенью, как показано на фиг. 2.2. In addition to the coefficient of variation, other informative parameters of the set (array) of AE signals can be used. In particular, along with the traditional spectral representation, from the physico-energetic point of view, the amplitude analysis of AE pulses, which is unambiguously related to the structural inhomogeneity of the US-impact disturbance of the zone of dynamic contact of the LPG with the target, can be considered quite representative, as shown in Fig. 2.

Таким образом, путем анализа сигналов АЭ возможно получение объективной, физически обоснованной информации о степени гомогенизации исходной СНГ в процессе ударно-динамического УС-воздействия на нее.Thus, by analyzing the AE signals, it is possible to obtain objective, physically substantiated information about the degree of homogenization of the initial LPG in the process of impact-dynamic US impact on it.

Пример реализации способаAn example of the implementation of the method

Для оценки эффективности предлагаемого способа экспресс-определения необходимого повторения циклов УС-гомогенизации путем сравнительного анализа сигналов АЭ были произведены прямые экспериментальные исследования. После УС-гомогенизации исходной СНГ на стандартной технологической установке для гидрорезания материалов фирмы FLOW (США) проводилась сравнительная оценка результатов следующих экспериментов:To evaluate the effectiveness of the proposed method for express determination of the necessary repetition of US homogenization cycles by comparative analysis of AE signals, direct experimental studies were carried out. After ultrasonic homogenization of the initial LPG on a standard process unit for hydraulic cutting of materials by FLOW (USA), a comparative evaluation of the results of the following experiments was carried out:

1. Контрольные эксперименты (К), в ходе которых в качестве структурно-неоднородной гидросреды выступала технически чистая вода, которая эжекционным способом по схеме подачи абразива смешивалась с высокоскоростной УС.Затем «разбавленная» таким образом УС воздействовала на движущуюся мишень. При этом измерялись параметры АЭ и определялся коэффициент вариации

Figure 00000006
1. Control experiments (K), during which technically pure water acted as a structurally inhomogeneous hydro-medium, which was mixed with a high-speed US by ejection according to the abrasive supply scheme. Then, the US “diluted” in this way acted on a moving target. In this case, the AE parameters were measured and the coefficient of variation was determined
Figure 00000006

2. Первый модельный эксперимент (M1) состоял в подаче в блок формирования гидроабразивной струи порции суспензии объемом V1, в которой присутствовали квазикластерные скопления углеродных нанотрубок. Затем «разбавленная» структурно-неоднородная гидросреда ударно взаимодействовала с движущейся мишенью с одновременной фиксацией параметров сигналов АЭ и последующим вычислением коэффициента их вариации2. The first model experiment (M1) consisted in supplying a portion of the suspension with a volume V1, in which quasi-cluster accumulations of carbon nanotubes were present, to the hydroabrasive jet formation unit. Then, the “diluted” structurally inhomogeneous hydro-medium interacted with the moving target with simultaneous fixation of the parameters of the AE signals and subsequent calculation of their coefficient of variation

Figure 00000007
Figure 00000007

При этом объем «разбавленной» гомогенизированной суспензии составлял:

Figure 00000008
The volume of the "diluted" homogenized suspension was:
Figure 00000008

где

Figure 00000009
where
Figure 00000009

- объем воды, который расходовался на формирование гомогенизирующей УС;- the volume of water that was spent on the formation of homogenizing US;

Figure 00000010
Figure 00000010

(кг/с) - штатный расход воды технологической установки;(kg/s) - standard water consumption of the process unit;

ττ

- время проведения эксперимента- the time of the experiment

Figure 00000011
Figure 00000011

Затем осуществлялось отстаивание и тонкая фильтрация УС-гомогенизированной суспензии, что позволяло получить СНГ исходного объема

Figure 00000012
Then, settling and fine filtration of the US-homogenized suspension were carried out, which made it possible to obtain LPG of the initial volume
Figure 00000012

По другому варианту подготовки последующей УС-гомогенизации осуществлялась тонкая фильтрация объема

Figure 00000013
According to another option for preparing the subsequent US homogenization, fine filtration of the volume was carried out
Figure 00000013

и полученный субстрат смешивался с технически чистой водой, объем которойand the resulting substrate was mixed with technically pure water, the volume of which

Figure 00000014
Figure 00000014

соответствовал исходному объему негомогенизированной суспензии:

Figure 00000015
corresponded to the initial volume of non-homogenized suspension:
Figure 00000015

Таким образом в результате выполнения данного эксперимента был получен для дальнейшей УС-гомогенизации первоначальный объем структурно-неоднородной гидросреды, но уже прошедшей один этап ударно-динамической диспергирующей обработки.Thus, as a result of this experiment, the initial volume of a structurally inhomogeneous hydro-medium was obtained for further US-homogenization, but it had already passed one stage of shock-dynamic dispersive treatment.

3. Второй и последующие эксперименты (М2, М3 и т.д.) методически полностью соответствовали первому этапу УС-гомогенизации. По их итогам определялся коэффициент вариации сигналов АЭ3. The second and subsequent experiments (M2, M3, etc.) methodically fully corresponded to the first stage of US homogenization. According to their results, the coefficient of variation of AE signals was determined

Figure 00000016
Figure 00000016

и т.д., а также подготавливался необходимый объем суспензии:etc., and also prepared the required volume of the suspension:

Figure 00000017
Figure 00000017

При этом проводилось сравнение коэффициентов вариации сигналов АЭ между собой и определялось размерно-дисперсионное качество гомогенизированных суспензий до достижения им стабильного значения по стандартной методике.At the same time, the coefficients of variation of AE signals were compared with each other and the size-dispersion quality of homogenized suspensions was determined until it reached a stable value according to the standard method.

Необходимо подчеркнуть, что кроме вышеизложенного проводилась прямая оценка нестабильности характеристик СНГ, которая осуществлялась путем измерения геометрической вариативности микрорельефа поверхности, напрямую связанной с эрозионной способностью УС - гомогенизируемой суспензии. При этом, помимо стандартных значений

Figure 00000018
и
Figure 00000019
поверхности после УС-воздействия определялся коэффициент вариации микротопографии профиля по соотношению (1), где под m понималось значение
Figure 00000020
исследуемой поверхности.It should be emphasized that in addition to the above, a direct assessment of the instability of the characteristics of the LPG was carried out, which was carried out by measuring the geometric variability of the surface microrelief, which is directly related to the erosive ability of the US - homogenized suspension. At the same time, in addition to the standard values
Figure 00000018
And
Figure 00000019
surface after US exposure, the coefficient of variation of the profile microtopography was determined by relation (1), where m was understood as the value
Figure 00000020
surface under study.

Данные эксперименты были весьма трудоемкими, но они позволили получить физически достоверную информацию о характеристиках структурных неоднородностей гомогенизируемых суспензий путем оценки их гидроэрозионного действия на поверхностный слой мишени. Учитывая относительную функциональную недостаточность этого воздействия твердодисперсной фракции наносуспензий в качестве мишени, использовалась не высокоэрозионностойкий материал типа твердого сплава марки ВК-8, а полированная пластина из электролитической меди M1. Это повысило контрастность профилей поверхностей, подвергнутых действию УС, сформированных с различными по фракционному составу характеристикам СНГ.These experiments were very time consuming, but they made it possible to obtain physically reliable information about the characteristics of structural inhomogeneities of homogenized suspensions by evaluating their hydroerosive effect on the surface layer of the target. Taking into account the relative functional insufficiency of this effect of the solid-dispersed fraction of nanosuspensions as a target, we used not a highly erosion-resistant material such as a VK-8 hard alloy, but a polished plate made of electrolytic copper M1. This increased the contrast of the profiles of the surfaces subjected to the action of the US, formed with different fractional composition of the characteristics of the CIS.

Для методической общности и повышения достоверности сравнительного анализа качество УС-гомогенизации также оценивалась путем прямого расчета коэффициента вариации субмикрогеометрических параметров твердодисперсной фракции, исследуемой СНГ.For methodological generality and increasing the reliability of comparative analysis, the quality of US homogenization was also evaluated by direct calculation of the coefficient of variation of the submicrogeometric parameters of the solid dispersed fraction studied by LPG.

В табл. 1 представлены полученные данные, нормированные на значения контрольного эксперимента.In table. 1 shows the obtained data normalized to the values of the control experiment.

Сравнительный анализ степени гомогенизации кластероподобной суспензии на основе углеродных нанотрубок путем анализа сигналов АЭComparative analysis of the degree of homogenization of a cluster-like suspension based on carbon nanotubes by analyzing AE signals

Figure 00000021
Figure 00000021

По результатам проведенных экспериментов были сделаны следующие выводы:Based on the results of the experiments, the following conclusions were made:

1. Информативные признаки сигналов АЭ из зоны УС-гомогенизации тесно коррелируют с другими физически объективными характеристиками нестабильности СНГ: разбросом скоплений углеродных нанотрубок

Figure 00000022
а также неравномерностями микропрофиля поверхности, сформированной эрозионным действием УС из СНГ. Количественные оценки, подтверждающие справедливость данного положения не трудно получить расчетом соответствующих коэффициентов корреляции.1. Informative signs of AE signals from the US homogenization zone closely correlate with other physically objective characteristics of the CIS instability: the spread of carbon nanotube clusters
Figure 00000022
as well as irregularities in the microprofile of the surface formed by the erosive action of US from the CIS. Quantitative estimates confirming the validity of this provision are not difficult to obtain by calculating the corresponding correlation coefficients.

2. Информативные признаки АЭ наиболее чувствительны к структурно-фазовым неоднородностями УС по сравнению с другими параметрами. Это объясняется импульсным характером генерации всплесков в волновой картине формирования высокочастотного акустического поля под множественными ударами ансамблей сцепленных наночастиц по сравнению с относительно равномерным «шумовым» воздействием их отдельных структурных составляющих.2. Informative signs of AE are the most sensitive to the structural-phase inhomogeneities of the US in comparison with other parameters. This is explained by the impulse nature of the generation of bursts in the wave pattern of the formation of a high-frequency acoustic field under multiple impacts of ensembles of linked nanoparticles in comparison with the relatively uniform "noise" effect of their individual structural components.

3. В данном случае повторная (М2) УС-гомогенизация обеспечивает высокое качество структурно-неоднородных гидросред по критерию геометрической стабильности - разброса размеров и концентрации скоплений квазикластерных микроструктур. При этом величины коэффициентов вариации информативных параметров близки к контрольным значениям.3. In this case, repeated (M2) US-homogenization provides high quality of structurally inhomogeneous hydromedia according to the criterion of geometric stability - the scatter in size and concentration of accumulations of quasi-cluster microstructures. At the same time, the values of the coefficients of variation of the informative parameters are close to the control values.

В дальнейшем метод АЭ дает возможность экспресс- оптимизации и диагностики других параметров процесса УС-обработки структурно-неоднородной гидросреды, в частности определения рационального угла взаимодействия гомогенизируемой струи СНГ с поверхностью твердотельной мишени.In the future, the AE method makes it possible to express-optimize and diagnose other parameters of the process of ultrasonic treatment of a structurally inhomogeneous hydro-medium, in particular, to determine the rational angle of interaction of a homogenized LPG jet with the surface of a solid target.

Таким образом, по техническим характеристикам и контролируемости УС-гомогенизация существенно превосходит известные прототипы ультразвуковой стабилизации характеристик дисперсности суспензий из исходно -структурно-неоднородных гидросистем. Причем анализируемая гидрофизическая технология может эффективно реализовываться на одной УС-гомогенизирующей установке, как показано на фиг. 4. В случае необходимости увеличения производительности процесса гомогенизации структурно-неоднородных гидросред их УС-обработка может осуществляться на нескольких последовательно функционирующих установках, как схематично изображено на фиг. 5.Thus, in terms of technical characteristics and controllability, US-homogenization significantly exceeds the known prototypes of ultrasonic stabilization of the dispersion characteristics of suspensions from initially structurally inhomogeneous hydraulic systems. Moreover, the analyzed hydrophysical technology can be effectively implemented on one US-homogenizing unit, as shown in Fig. 4. If it is necessary to increase the productivity of the process of homogenization of structurally inhomogeneous hydromedia, their US processing can be carried out on several sequentially operating units, as is schematically shown in Fig. five.

Однако, как показали предварительные эксперименты, как правило, требуемое структурно-фазовое качество исходно-неоднородных микро- и нано структурно-неоднородных гиджросред обеспечивается по критерию минимума разброса геометрических характеристик их твердофазной компоненты уже при 2-х кратной УС-гомогенизации.However, as shown by preliminary experiments, as a rule, the required structural-phase quality of the initially inhomogeneous micro- and nano-structurally inhomogeneous hydromedia is ensured by the criterion of the minimum scatter of the geometric characteristics of their solid-phase component even with 2-fold US homogenization.

Очевидно, что применение метода АЭ весьма целесообразно не только для реализации процесса обработки жидкостей, но и для информационно-диагностического обеспечения технологии ультраструйной обработки материалов и жидкостей.It is obvious that the application of the AE method is highly expedient not only for the implementation of the process of processing liquids, but also for information and diagnostic support for the technology of ultrajet processing of materials and liquids.

Claims (8)

1. Способ обработки структурно-неоднородных гидросред, заключающийся в совмещении процесса диспергирования твердой фазы с процессом образования суспензии путем воздействия на твердую фазу струи жидкости, сформированной в сопловом струеформирующем блоке и имеющей в момент взаимодействия с твердой фазой удельную кинетическую энергию и время воздействия, достаточные для разрушения материала твердой фазы и воздействие на твердую фазу осуществляют сверхзвуковой струей жидкости, при этом твердую фазу используют в виде мишени, представляющей собой компактный твердый материал, а при воздействии на мишень сверхзвуковой струи жидкости осуществляют изменение во времени местоположения на поверхности мишени пятна контакта с ней сверхзвуковой струи жидкости для поддержания эффективности разрушения мишени, отличающийся тем, что процесс обработки структурно-неоднородной гидросреды повторяют до требуемой стабилизации сигналов акустической эмиссии, генерируемых в зоне удара струи о мишень и фиксируемых пьезоэлектрическими преобразователями.1. A method for processing structurally inhomogeneous hydraulic media, which consists in combining the process of dispersion of the solid phase with the process of forming a suspension by exposing the solid phase to a liquid jet formed in a nozzle jet-forming unit and having, at the moment of interaction with the solid phase, specific kinetic energy and exposure time sufficient for destruction of the material of the solid phase and the impact on the solid phase is carried out by a supersonic liquid jet, while the solid phase is used in the form of a target, which is a compact solid material, and when the target is exposed to a supersonic liquid jet, the location of the supersonic contact spot on the target surface is changed in time jet of liquid to maintain the efficiency of destruction of the target, characterized in that the process of processing a structurally inhomogeneous hydro-medium is repeated until the required stabilization of acoustic emission signals generated in the zone of impact of the jet on the target and fixed piezoelectric transducers. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пьезопреобразователи устанавливают на сопловом струеформирующем блоке и на мишени, о которую ударяется структурно-неоднородная гидросреда, и диагностическое сравнение сигналов акустической эмиссии осуществляют путем анализа этих сигналов, зафиксированных пьезопреобразователями.2. The method according to claim 1, characterized in that the piezoelectric transducers are installed on the nozzle jet block and on the target that the structurally inhomogeneous hydraulic medium hits, and the diagnostic comparison of acoustic emission signals is carried out by analyzing these signals recorded by the piezoelectric transducers. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходных структурно-неоднородных гидросистем обрабатывают структурно-неоднородные гидросреды на основе углеродных нанотрубок, графена и водорастворимых полимеров.3. The method according to p. 1, characterized in that as the initial structurally inhomogeneous hydraulic systems, structurally inhomogeneous hydraulic media based on carbon nanotubes, graphene and water-soluble polymers are treated. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку исходных структур осуществляют на технологической установке, содержащей устройство для периодической или непрерывной подачи структурно-неоднородной гидросреды на обработку, блок формирования ультраструи с струеформирующим соплом, корпус с мишенью, пьезоэлектрические преобразователи волн акустической эмиссии - волн упругой деформации среды, генерируемых при формировании высокоскоростной ультраструи на контактных поверхностях сопла и в самой высокоскоростной ультраструе.4. The method according to p. 1, characterized in that the processing of the original structures is carried out on a technological installation containing a device for periodic or continuous supply of a structurally inhomogeneous hydraulic medium for processing, an ultrajet formation unit with a jet-forming nozzle, a housing with a target, piezoelectric transducers of acoustic emission waves - waves of elastic deformation of the medium generated during the formation of a high-velocity ultrajet on the contact surfaces of the nozzle and in the high-velocity ultrajet itself. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что повторную обработку проводят на одной технологической установке в циклически замкнутом режиме.5. The method according to p. 4, characterized in that the re-treatment is carried out on one process unit in a cyclically closed mode. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что для обработки используют несколько установок, на которых последовательно обрабатывают структурно-неоднородную гидросреду, сформированную на предшествующей установке.6. The method according to p. 4, characterized in that several installations are used for processing, on which the structurally heterogeneous hydro-environment formed on the previous installation is sequentially processed. 7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве мишени используют медную пластину.7. The method according to claim 4, characterized in that a copper plate is used as a target. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зону обработки соединяют с генератором ультразвуковых колебаний.8. The method according to p. 1, characterized in that the treatment area is connected to a generator of ultrasonic vibrations.
RU2020124689A 2020-07-15 2020-07-15 Method for processing inhomogeneous hydraulic media (liquids) RU2767096C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124689A RU2767096C2 (en) 2020-07-15 2020-07-15 Method for processing inhomogeneous hydraulic media (liquids)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124689A RU2767096C2 (en) 2020-07-15 2020-07-15 Method for processing inhomogeneous hydraulic media (liquids)

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020124689A3 RU2020124689A3 (en) 2022-01-17
RU2020124689A RU2020124689A (en) 2022-01-17
RU2767096C2 true RU2767096C2 (en) 2022-03-16

Family

ID=80001707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124689A RU2767096C2 (en) 2020-07-15 2020-07-15 Method for processing inhomogeneous hydraulic media (liquids)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767096C2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1571470A1 (en) * 1987-05-28 1990-06-15 Научно-Производственное Объединение "Аэрозоль" Всесоюзного Производственного Объединения "Союзбытхим" Method of determining dispersity of particles of mechanically sprayed liquid
SU1722800A1 (en) * 1990-03-22 1992-03-30 Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им.Н.Э.Баумана Method for diagnosing jet-machining process
SU1759614A1 (en) * 1990-10-23 1992-09-07 Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им.Н.Э.Баумана Method of controlling materials jet treatment
CA2402985A1 (en) * 2000-03-21 2001-09-27 Brevard S. Garrison Method and apparatus for acoustically controlling liquid solutions in microfluidic devices
RU2222807C2 (en) * 2001-02-12 2004-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) Method of processing of signals of acoustic emission of generated dispersive systems
RU2397012C2 (en) * 2006-07-28 2010-08-20 Александр Александрович Барзов Method for preparation of suspensions
RU2578324C1 (en) * 2015-03-24 2016-03-27 Евгений Александрович Барзов Method of treatment of fluids

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1571470A1 (en) * 1987-05-28 1990-06-15 Научно-Производственное Объединение "Аэрозоль" Всесоюзного Производственного Объединения "Союзбытхим" Method of determining dispersity of particles of mechanically sprayed liquid
SU1722800A1 (en) * 1990-03-22 1992-03-30 Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им.Н.Э.Баумана Method for diagnosing jet-machining process
SU1759614A1 (en) * 1990-10-23 1992-09-07 Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им.Н.Э.Баумана Method of controlling materials jet treatment
CA2402985A1 (en) * 2000-03-21 2001-09-27 Brevard S. Garrison Method and apparatus for acoustically controlling liquid solutions in microfluidic devices
RU2222807C2 (en) * 2001-02-12 2004-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) Method of processing of signals of acoustic emission of generated dispersive systems
RU2397012C2 (en) * 2006-07-28 2010-08-20 Александр Александрович Барзов Method for preparation of suspensions
RU2578324C1 (en) * 2015-03-24 2016-03-27 Евгений Александрович Барзов Method of treatment of fluids

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Хафизов М.В. "Технологическое обеспечение ультраструйной обработки деталей машиностроения методов акустической эмиссии" Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва 2015, Московский государственный техничесий университет имени Н.Э. Баумана. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020124689A3 (en) 2022-01-17
RU2020124689A (en) 2022-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Foldyna et al. Effects of pulsating water jet impact on aluminium surface
Foldyna et al. Utilization of ultrasound to enhance high-speed water jet effects
Suslick Sonoluminescence and sonochemistry
Suslick et al. Effects of high intensity ultrasound on inorganic solids
Clair Agglomeration of smoke, fog, or dust particles by sonic waves
Nag et al. Acoustic chamber length performance analysis in ultrasonic pulsating water jet erosion of ductile material
Zarepour et al. Predictive modeling of material removal modes in micro ultrasonic machining
Suslick Encyclopedia of physical science and technology
Beaucamp et al. Process mechanism in ultrasonic cavitation assisted fluid jet polishing
RU2767096C2 (en) Method for processing inhomogeneous hydraulic media (liquids)
Luo et al. Study on separation characteristics of water in oil (W/O) emulsion under ultrasonic standing wave field
Mahdipoor et al. Water droplet erosion mechanism of nearly fully-lamellar gamma TiAl alloy
Jia et al. Particle size distribution measurement based on ultrasonic attenuation spectra using burst superposed wave
Zhai et al. Fabrication of micro pits based on megasonic assisted through-mask electrochemical micromachining
Balaji et al. Multi-objective optimization in abrasive water jet peening on AA6063 alloy
Srivastava et al. Surface treatment of AISI 304 using pulsating water jet peening
Mitchell et al. Experimental comparison of material removal rates in abrasive waterjet cutting and a novel droplet stream technique
RU2625980C1 (en) Method of producing suspension of high-dispersed particles of inorganic and organic materials and apparatus for its implementation
Gallego-Juarez New technologies in high-power ultrasonic industrial applications
Yavors’ kyi et al. Energy characteristics of treatment of corrosive aqueous media in hydrodynamic cavitators
RU2578324C1 (en) Method of treatment of fluids
RU2397012C2 (en) Method for preparation of suspensions
Shakhov et al. Disaggregation of ultrafine powders in conditions of ultrasonic cavitation
Li Influence of Venturi tube geometry and particle properties on the hydrodynamic cavitation for fine particle flotation
RU2333822C1 (en) Method of combined magnetic-pulse processing of impeller machines parts and device for its implementation