Способ очистки жидкости от частиц

 

Использование: технология создания высококачественных кристаллов и стекол. Сущность изобретения: в невесомости емкость с жидкостью с частицами подвергают колебаниям с одновременным сжатием жидкости с частицами при движении емкости в одну сторону и растяжениями жидкости с частицами при движении емкости в противоположную сторону. Колебания со сжатиями и растяжениями ведут до перемещения частиц к границе емкости. Получают в невесомости расплав стекла, очищенный от газовых пузырей с радиусами 410^-2-210^-1 см .

Изобретение относится к способам получения высокочистых материалов и может быть использовано в технологии создания высококачественных кристаллов и стекол.

Цель изобретения - повышение качества очистки в невесомости.

Способ осуществляют следующим образом.

П р и м е р 1. В невесомости совершают колебательные перемещения расплава с пузырями и производят при движении в одну сторону его сжатие, а при движении в другую сторону его растяжение.

Кинематический коэффициент вязкости расплава 10 см²/с (характерное значение кинематического коэффициента вязкости расплава при его осветлении, т. е. очистке от пузырей). Начальные радиусы пузырей 4 10^-2- 2 10^-1 см (характерные значения радиусов пузырей в расплаве). Начальное давление в расплаве 10⁵ Па (атмосферное давление). Колебательные перемещения расплава с пузырями совершают с амплитудой 1 см и с частотой 20 Гц. Сжатия и растяжения расплава с пузырями производят до достижения давления в расплаве 1,1 10⁵ и 0,9 10⁵ Па.

Для осуществления способа может быть использован сосуд для расплава с пузырями, состоящий из цилиндра и вставленного в него поршня. Колебательные перемещения расплава с пузырями совершают посредством колебательных перемещений сосуда, а его сжатия и растяжения производят посредством вдвиганий и выдвиганий поршня.

Перемещение каждого пузыря в расплаве может быть определено теоретически. Пузырь движется, как имеющий переменный радиус шар, испытывающий действие выталкивающей силы и силы сопротивления. К изменениям радиуса R пузыря вследствие изменений давления Р в расплаве приводят сжатия и растяжения расплава с пузырями. Радиус R определяется уравнением Р_гP = Р_го P_o , (1) выражающим закон Пуассона, и условием Р_г = Р (2) на границе пузыря, где Р_г - давление в газе (в пузыре); Р_го - начальное давление в газе; = 1,4 - показатель адиабаты газа; R_o - начальный радиус пузыря.

В соответствии с (1), (2), R = R_o (3) где Р_о - начальное давление в расплаве.

Наличие выталкивающей силы F_в и силы сопротивления F_c связано с колебательными перемещениями расплава с пузырями и с вязкостью расплава. Согласно законам Архимеда и Стокса, F_В= R³ F_c = - 6 R V (4) Здесь - плотность расплава; v - скорость движения расплава с пузырями;
t - время;
- кинематический коэффициент вязкости расплава;
V - скорость движения пузыря.

Скорость V определяется уравнением
F_в + F_с = 0, (5) выражающим второй закон Ньютона. В соответствии с (4), (5),
V = (6) или, что равносильно (6),
V = (R²V)-V (7) Согласно (7) пузырь совершает преимущественно однонаправленное перемещение: колеблется и перемещается в ту сторону, при движении в которую расплав с пузырями производит сжатие. Из (3), (7) следует выражение для средней скорости движения пузыря:
= , (8) где чертой обозначено усреднение по времени. Пузырь перемещается на расстояние L за время L/.

Расчеты с использованием (8) и численных данных примера показывают, что каждый пузырь движется со средней скоростью = 1,3 10^-2 см/с (для R_o = 4 10^-2 см) - 3,3 10^-1 см/с (для R_o = 2 10^-1 см). Пузыри, находящиеся в слое расплава толщиной 10 см, перемещаются за его пределы за время, меньшее, чем 15 мин. Повышенное качество очистки расплава обеспечивается перемещением каждого пузыря.

Способ позволяет получать очищенную от частиц жидкость, например очищенный от газовых пузырей раствор или расплав, характеризующуюся повышенным качеством очистки, в невесомости.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ ЧАСТИЦ путем физических воздействий на жидкость с частицами, отличающийся тем, что, с целью повышения качества очистки в невесомости, воздействие ведут на жидкость с частицами, заполняющую всю емкость, путем ее колебаний с одновременными сжатиями жидкости с частицами при движении емкости в одну сторону и растяжениями жидкости с частицами при движении емкости в противоположную сторону и колебания со сжатиями и растяжениями ведут до перемещения частиц к границе емкости.