Способ получения монодисперсных полых капель

,"федаи1 етая. т7 ч ЕТЕНИ Е ИЗО ОП ф 0 АТЕЯ ТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Московский энергетический институт(73) Московский энергетический институт(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОДИСПЕРСНЫХ ПОЛЫХ КАПЕЛЬ(57) Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получениполых гранул иэ металлов и сплавов. Способ эаключается в применении физического эффекта г)отери устойчивости полой струи под действием силдавления, прикладываемых к ней изнутри. Устройство реализующее способ содержит емкость дл9) КЦ (и) 2000889 С 1,жидкости 1 с закрепленной на ее дне фильерой 2 и встроенной в последн)ою трубкой подвода газа 3, расходомер газа б, систему поддавливания жидкости 4, систему подвода газа 5 и стробоскоп 7 При подаче внутрь попой ламинарной струи через трубку газа с давлением выше капиллярного ее устойчивость нарушается и она распадается на линейный поток полых капель. Для нарушения устойчивости струи достаточно превышение давления в полости над капиллярным порядка 10% Регулярность генерации попых капель определяется наличием обратной связи, ко)орая заключается в зависимости давления внутри струи от фазы процесса отрыва капли, 1 табл 3 ил.давление в ней до значения, превышающего папиллярное, и регулируют объемный расход газа до значения, соответствующего заданному внутреннему диаметру капель, определяемого из выражения 50(6, Ч /, )1/3 где Чг - обьем расхода газа. 1 - частота генерации капель. На фиг.1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ: нэ фиг.2 -Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности. может быть использовано при получении полых гранул иэ металлов и их сплавов.Известен способ получения полых ка пель, основанный на инициировании испарения жидкости внутри капли, Однако процесс генерации капель таким способом обладает недостаточной регулярностью, в результате чего наблюдается низкий уро вень их монодисперсности и сферичности. Кроме того, использование этого метода для жидкостей с высокой температурой кипения (например, металлов) является проблематичным. 15Наиболее близким является способполучения полых капель путем введения пузырьков гэээ в струю жидкости. Посредством возбуждения пьезоэлементом газовая струя разбивается на пузырьки оди нэкоаого размера. Эти пузырьки в свою очередь разбивают струю жидкости на одинаковые сферические капли, которые содержат пузырьки газа и, следовательно, являются полыми, 25Однако, в этом способе существует ограничение рабочего диапазона генератора капель по температуре, которое епределяется рабочим диапазоном температуры используемого пьезоэлемента (как правило, 30 не выше 200"С). Кроме того, наблюдается эксцентричность пузырей газа в каплях, которая возникает вследствие флуктуаций скорости пузырей при движении их в жидкости, 35Техническое решение задачи направле но на расширение рабочего диапазона температуры диспергатора, повышение надежности его работы и уменьшение неоднородности толщины стенки полой капли, 40 что позволяет расширить функциональные возможности способа.Это достигается тем, что в способе получения монодисперсных полых капель, включающем ввод газа в струю жидкости, 45 укаэанный ввод газа осуществляют в начальной зоне струи, формируя газовую цилиндрическую полость, увеличивают конфигурация полых капель, полученная от применения предлагаемого способа): на фиг,3 - зависимость частоты генерации капель воды 1 от обьемного расхода газа. вводимого в струю для различных обьемных расходов жидкости Ч.В способе используется физический эффект потери устойчивости цилиндрической полой струи под действием сил давления, прикпадываемых к внутренней ее поверхности.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит емкость для жидкости 1 с закрепленной на ее дне фильерой 2 и встроенной в последнюю трубкой 3 подвода газа, систему поддавливэния жидкости 4, систему 5 подвода газа, расходомер 6 газа и стробоскоп 7.Кривые зависимости частоты генерации капель воды 1 от обьемного расхода газа, вводимого в струю, сняты при различных обьемных расходах жидкости Чж и соответствуют - кривая 8 значению ЧЖ,8, кривая 9 - ЧЖ=1,6 и кривая 10 при Чж - 2,0 см /с).Устройство работает следующим образом. При помощи системы поддавливания жидкости 4 формируется струя с расходом Чж, соответствующим режиму ламинарного течения (йе 2300). Затем при помощи системы подачи газа формируется полость внутри струи. Увеличением давления газа в полости струи выше капиллярного осуществляется переход в режим регулярного генерирования полых капель. Затем производится регулирование обьемного расхода газа Чг дпя получения заданного внутреннего диаметра полых капель. Частота генерации капель определяется по предварительно проведенным тарировкам фильеры по известным Чг и Чж, Затем определяют внешний диаметр полой капли.При подаче внутрь попой ламинэрной струи через трубку газа с давлением выше капиллярного р= сг(1/г 1+1/г 2) (где гт- поверхностное натяжение жидкости, э г 1 и э - внутренний и внешний радиусы струи) ее устойчивость нарушается и она распадается на линейный поток полых капель. Для нарушения устойчивости струи достаточно превышения давления в полости над капиллярным порядка 10. Исследования показали, что этот процесс может обладать высоким уровнем ре улярности, что определяет однородность по размерам получаемых полых капель, При этом не требуется специальных систем возбуждения струи.Вследствие этого увеличивается надежность устройств, реализующих предлагаемый способ, Кроме того, рабочий диапазон температуры генердтора полых капель явля2000889 5 10 15 го капиллярное,рагход газа до з го заданному вн пель, опредсляем А=("г ) ф где Чг - обьемный 1 - частота генерет ения ИСПЕРСНЫХ ПОЛЫХ введение газа в, ющийся тем что ляют в начальной нием в струе газолости, давление в ия, превышающевсход газа;ации капель ется практически неограниченным и определяется лишь термостойкостью материала фильеры. формирующей полую струю,Регулярность генерации полых капель предлагаемым способом можно обьяснить наличием обратной связи, которая заключается в зависимости давления внутри струи от фазы процесса отрыва капли. Степень регулярности процесса. а соответственно и уровня монодисперсности генерируемых полых капель, зависит от расположения трубки, подводящей гаэ в струю. Наилучшие результаты (дисперсия по внешнему диаметру капель на уровне 1) получаются в случае. когда торец этой трубки находится в плоскости начала струи. Неравномерность толщины стенки полых капель в предлагаемом способе практически отсутствует, поскольку она зависит лишь от точности изготовления кольцевой фильеры 2.Исследование частоты генерации голых капель. которая определялась при помощи стробоскопа 7, показало. что для конкретной геометрии полой струи она зависит от расхода жидкости и гэзэ. Было получено, что при увеличении расхода кэк жидкости, так и газа происходит увеличение частоты генерации капель, Внутренний диаметр получаемых полых эпель можно определить следующим образом,бг-(б Чг/Л1)(1) где Чг - обьемный расход газа,С - частота генерации капель,При выводе соотношения (1) не учитывалось отличие капиллярного давления внутри полой струи и полых капель, Оценки показали. что в диапазоне диаметров капель свыше 100 мкм пренебрежение этим изменением давления даст погрешность при определении внутреннего диаметра, не превышающую 1. Формула изо СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОД КАПЕЛЬ, ВклЮчаЮщий струю жидкости, отлич введение газа осуществ зоне струи с формирова вой цилиндрической по ней повышают до значе Внешний диаметр кэпглл длн д 2 =(о 1 +6 Чж/л1) (2) Данные ио технологии получения полых капель из свинца с внутренним диаметром 2,7 мм сведены в таблицу, Ь таблице приводятся: внешний и внутренн.1 диаметры струи в зоне начала истечения (01, 02), которые определяются геометрией фильерн; температура металла в тигле - Т 4, обьемный расход расплава свинца - Ч обьемный расход газа Чг, частота генерации капвль - 5, внутренний диаметр капель - г 1, внешний диаметр капель - д 2,Кэк показали исследования, режим регулчрнопо распада полой струи под действием сил давления газа внутри ее полости может быть использован для г 1 олучения монодисперсных полых капель из различных ньютонооских жидкостей. Дисперсия внешнего диаметра получаемых капель находится нэ уровне 1",4. Если осуществить кристаллизацию днерируемых капель, то ,о но получать еысококачестэеннлг: монодис мореные полые грэнуль 1,(5 Я Г-огз 1 ег С,АНепбгСМз С,ОТогпЬи В )-ООгг 1 УСГОС 1 ЕП ЗР)1 ЕГЕЗ АКОГ ЭЗЗЕГ-ФЦЗОП 1 эг 9 ев. Арр. Р)гауз. .еЮ, 1975; 26, 580 581,Кэллиджер, Шернбулл, Хендрикс. Получение полых капель путем введения пузырьков газа в струЮ жидкости. Приборы для научных исследований, 1977 М 7, с,131-137. регулируют обьемный чвния, соответствующереннему диаметру каму по формуле2000 В 89 ектор С Шек роиэводстеенно-иэдательский комбинат "Патент", г. Уж Гагарина,г"- В едактор Н,Семеноваакаэ 3101 Составитель Л.ГамаюновТехред М,Моргентал Тираж Подпис НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/