1. الخلفية المقدمة

التعويم هو في الأساس عملية فصل ناتجة عن اختلافات الحركة بناءً على اختلافات الخصائص الفيزيائية والكيميائية للجسيمات تحت تأثير مجال تدفق متعدد المراحل. كتقنية فرز واجهة فعالة، تم استخدامها على نطاق واسع في العمليات الصناعية مثل معالجة المعادن ومعالجة مياه الصرف الصحي وإزالة الحبر من الورق واستخراج رمل القطران وإعادة تدوير البلاستيك وما إلى ذلك. أثناء عملية التعويم، تصطدم الفقاعات والجسيمات المشتتة مع بعضها البعض تحت تأثير هيدروديناميكي. عندما يرقق الفيلم السائل بين الفقاعة والجسيم وينفجر، يلتصق الاثنان لتشكيل تجمع جسيمات-فقاعات، والذي يطفو إلى طبقة الرغوة ليصبح منتجًا مركّزًا تحت تأثير الطفو، أو تكون واجهة الجسيمات-الفقاعات غير مستقرة ويحدث الامتزاز. من الناحية النظرية، يعتمد احتمال التقاط الجسيمات بشكل أساسي على احتمال الاصطدام واحتمال الالتصاق واحتمال الانفصال بين الجسيمات والفقاعات. لذلك، فإن دراسة التفاعل بين الفقاعات والجسيمات أمر بالغ الأهمية لتعزيز عملية التعويم.

الصورة 1--مبدأ التعويم

2. محتوى البحث

استخدم فريق البحث التابع للأستاذ جيانج من كلية الهندسة الكيميائية بجامعة التعدين والتكنولوجيا الصينية كاميرا عالية السرعة من نوع Revealer لتتبع عملية انتشار الفقاعات على الأسطح الصلبة المتجانسة وغير المتجانسة. وتم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، ومطياف الأشعة تحت الحمراء، ومقياس زاوية التلامس لتحليل الخصائص البنيوية الفيزيائية والكيميائية للسطح الصلب. وعلاوة على ذلك، تم استخدام برنامج MATLAB لاستكشاف آلية انتشار الخطوط ثلاثية الطور ونمط تطور شكل واجهة الغاز والسائل على كل من الأسطح الصلبة المتجانسة وغير المتجانسة.

لمراقبة عملية الانتشار الديناميكي لفقاعة واحدة على سطح صلب بدقة، تم إنشاء نظام تجريبي كما هو موضح في الصورة 2. يتكون جزء التقاط الصور من كاميرا Revealer عالية السرعة (5F01، 1280X1024@2000fps) متصلة بجهاز كمبيوتر. يضمن منظم وضع XYZ الدقيق أن منطقة المراقبة تقع ضمن نطاق تصوير كاميرا Revealer عالية السرعة، مما يضمن استقرار وموثوقية التجربة.

الصورة 2- مخطط تخطيطي للنظام التجريبي

بعد التأكد من إحكام إغلاق جهاز الاختبار التجريبي، يُضاف الماء منزوع الأيونات إلى خزان المراقبة. يتم ضبط مصدر الضوء والكاميرا عالية السرعة بحيث تقع الفقاعة مباشرة أسفل السطح الصلب ويتم عرضها بوضوح في نافذة التقاط الكمبيوتر. من خلال التحكم في المسافة بين طرف الإبرة والسطح الصلب، تُبذل الجهود للحفاظ على الشكل الأولي وحجم انتشار الفقاعة متسقين. يتم تسجيل عملية انتشار الفقاعة بالكامل بواسطة كاميرا Revealer عالية السرعة، بسرعة التقاط تبلغ 9200 إطار في الثانية ومعدل تعرض يبلغ 100 ميكروثانية. يتم تكرار كل مجموعة من التجارب ثلاث مرات على الأقل.

3. استنتاج البحث

كشفت نتائج تجربة انتشار الفقاعات أن محيط البلل ثلاثي المراحل يمر في المقام الأول بمرحلتين: الانتشار السريع والانتشار البطيء. خلال مرحلة الانتشار السريع، يُظهر التطور المكاني الزمني للخط ثلاثي المراحل خصائص سلوكية متشابهة ذاتيًا عالمية. في المقابل، ترتبط خصائص حركة الخط ثلاثي المراحل خلال مرحلة الانتشار البطيء ارتباطًا وثيقًا بخصائص الواجهة الصلبة.

الصورة 3- عملية الانتشار الديناميكي للفقاعات على الأسطح الصلبة المختلفة.

وبناءً على تحليل التركيب الفيزيائي والكيميائي للأسطح الصلبة، استنتج أنه كلما كانت كراهية الأسطح الصلبة المتجانسة/غير المتجانسة للماء أفضل، كلما زاد جاذبيتها للفقاعات، وكلما زاد طول الخط ثلاثي الطور؛ وكلما كان السطح الصلب غير منتظم، وكلما زاد عدد المسام/الأخاديد فيه، زاد تأثيره على طول الخط ثلاثي الطور أثناء عملية الانتشار، والعرض الأقصى للفقاعة، ومواضعها المقابلة؛ باختصار، يرتبط سلوك انتشار الخط ثلاثي الطور أثناء عملية التصاق الجسيمات بالفقاعات ارتباطًا وثيقًا بالتركيب الفيزيائي والكيميائي للسطح الصلب وتجانسه.

4. ملخص التطبيقات الصناعية

لطالما كانت الكاميرات عالية السرعة أداة قوية في دراسة الفقاعات. تتمتع كاميرات Revealer عالية السرعة من سلسلة X وسلسلة M بخبرة واسعة في البحث في فقاعات التجويف وديناميكيات الفقاعات وفقاعات الآلات السائلة وفقاعات التدفق متعدد المراحل وآليات تكوين الفقاعات وانهيارها. يمكنهم تزويدك بحلول احترافية. الاستشارات مرحب بها! (مقتطف من مقال "البحث في السلوك الديناميكي لعملية انتشار الفقاعات بناءً على ديناميكيات السرعة العالية" بقلم Jiang Xiaofeng وما إلى ذلك، نُشر في مجلة علوم الفحم وعلوم الهندسة الكيميائية).