Могут ли пузырьки разрушать твердую поверхность? Физик ПГНИУ проводит фундаментальное исследование в области ультразвуковых явлений
Поделиться
Дата публикации: 27 ноября 2019
Аспирант физического факультета ПГНИУ Оскар Фатталов исследует воздействие на твердую поверхность пузырьков, которые образуются в жидкостях под действием ультразвука. Эксперименты позволят расширить фундаментальные знания в области гидродинамики, акустики и сонохимии. Полученные результаты могут использоваться для улучшения существующих технологий обогащения полезных ископаемых методом флотации.
«С каждым годом концентрация полезных компонентов в добываемых рудах становятся всё беднее, а это значит, что необходимо искать новые технологии, более бережные к сырью, помогающие сократить объем отходов и повысить качество получаемого продукта. Применение ультразвука в процессе флотации может способствовать улучшению селективности (чистоты) продукта. Наши исследования позволят понять, как при помощи ультразвука можно повысить качество извлекаемой руды, при его применении в процессах переработки полезных ископаемых методом флотации», – рассказал Оскар Фатталов.
Кроме того, результаты могут быть полезными в области разработки новых технологий, связанных с наноструктурированием поверхностей для наделения их определенными свойствами. Такие поверхности могут быть использованы в медицине, химическом производстве, при разработке новых инновационных технологий и приборов, а также в другом наукоемком производстве.
Междисциплинарное исследование проходит на стыке сонохимии (раздел химии, который изучает протекание химических реакций под действием ультразвука), механики жидкости и высокочастотной акустики. Изучение направлено на поиски новых фундаментальных эффектов и получение новых знаний в этих областях.
Кроме того, результаты могут быть полезными в области разработки новых технологий, связанных с наноструктурированием поверхностей для наделения их определенными свойствами. Такие поверхности могут быть использованы в медицине, химическом производстве, при разработке новых инновационных технологий и приборов, а также в другом наукоемком производстве.
Междисциплинарное исследование проходит на стыке сонохимии (раздел химии, который изучает протекание химических реакций под действием ультразвука), механики жидкости и высокочастотной акустики. Изучение направлено на поиски новых фундаментальных эффектов и получение новых знаний в этих областях.
В рамках исследования учёные погружают твердые пластины кварца, предварительно обработанные поверхностно-активным веществом (ПАВ), в воду и водные растворы солей и подвергают их ультразвуковому воздействию. В жидкости возникают кавитационные пузырьки, которые оказывают влияние на динамику парогазовых пузырьков и создают течения жидкости вблизи их поверхности и поверхности пластин. Далее с помощью высокоскоростной камеры и цифрового микроскопа исследователи наблюдают за процессом в макро- и микромасштабах.
«Мы наблюдаем за тем, как деградирует твёрдая поверхность, покрытая ПАВ, под воздействием ультразвука в жидкостях с различными свойствами, изучаем изменения свойств поверхностей, а также поведение парогазовых пузырьков вблизи таких поверхностей», – комментирует Оскар Фатталов.
Например, под воздействием разрушительных сил кавитации деградирует поверхность лопастей гребных винтов. Акустическая кавитация, которую исследует Оскар Фатталов, имеет не менее разрушительный характер. Многие вопросы, связанные с эффектами возникающими в результате ультразвуковой кавитации, остаются открытыми на протяжении более чем полувека.
«Мировыми исследователями были проведены подобные эксперименты, однако, работы по изучению взаимодействия кавитационных пузырьков с поверхностью проводились в обычной воде, а поверхность обрабатывалась механическим способом. Но что происходит, когда появляется ПАВ, ранее изучено не было, в этом и заключается самый главный интерес исследования», – рассказал Оскар Фатталов.
Эксперименты проходят в рамках грантового конкурса Российского фонда фундаментальных исследований «Лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными, обучающимися в аспирантуре» на базе Пермского университета.
«Мы наблюдаем за тем, как деградирует твёрдая поверхность, покрытая ПАВ, под воздействием ультразвука в жидкостях с различными свойствами, изучаем изменения свойств поверхностей, а также поведение парогазовых пузырьков вблизи таких поверхностей», – комментирует Оскар Фатталов.
Например, под воздействием разрушительных сил кавитации деградирует поверхность лопастей гребных винтов. Акустическая кавитация, которую исследует Оскар Фатталов, имеет не менее разрушительный характер. Многие вопросы, связанные с эффектами возникающими в результате ультразвуковой кавитации, остаются открытыми на протяжении более чем полувека.
«Мировыми исследователями были проведены подобные эксперименты, однако, работы по изучению взаимодействия кавитационных пузырьков с поверхностью проводились в обычной воде, а поверхность обрабатывалась механическим способом. Но что происходит, когда появляется ПАВ, ранее изучено не было, в этом и заключается самый главный интерес исследования», – рассказал Оскар Фатталов.
Эксперименты проходят в рамках грантового конкурса Российского фонда фундаментальных исследований «Лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными, обучающимися в аспирантуре» на базе Пермского университета.