Введение к работе
^туады10сть_тэиы. Взвоси в дисперсном и пористой состоянии - интереснейшие объекты исследований, овладейте многофункциональными свойствами, позволяющими эффективно решать с их помощью самые разнообразные задачи, связанние с научными исследованиями и техническими применениями. Они приачокают, увлекают наша внимание том, что путем направленного конструирования можно получать бесконечные вариации самих разнообразных их характеристик, в том числа и акустических, дисперсные системы представляют сооой разнообразнейшие комбинации жидких, твердых и газообразных сред, для исследования свойств которых привлекают самые различные физико-химические методы. Для определения размеров частиц диспергированной фазы - методы осмотического давления, диффузии, ультрафильтрации, седиментации, нефолонетрии. Специфическое проявление электрохимических, электрооптических, вязкостных, тепловых свойств, процессов диффузии в дисперсных системах - все связано с большой величиной удельной поверхности диспергированного вещества, что обуславливает, в частности, развитие адсорбционных явлений во всем объеме дисперсной систеиы. 'Градационными методами при изучении физико-химических свойств границ раздала фаз являются методы измерения поверхностного натяжения, определения потенциалов коллоидных частиц, их зврядв с помощью электрофореза, капиллярного метода, методов электрооптики. Все эти методы развиваются, начиная с прошлого столетия многочисленными исследователями в различных научных центрах мира и достигли большого совершенства, широко применяются в решении обратных задач, т.е. получения информации о физико-химических свойствах дисперсных систем.
Акустические методы до настоящего времени не получили такого широкого применения, как внашеречислемше методы, при исследовании дисперсных систем, т.к. до настоящего времени практически нет работ обобщающих основы акустики гетерогенных сред, на оснопании которых можно решать обратные задачи и создать оазисную основу акустических методой исследования дисперсних
4 систем. Актуальность теїш диссертации, посвященной акустическим методах исследования взвееой, по вызывает сомнения. Акустичаскиа волны, распространяясь во взвесях, встречаются с многообразием свойств взвеаіонішх в них нооднородностеи, которые отличаются друг от друга но дисперсности» от окружающей среды по агрегатному -состоянии, могут образовывать некоторую структуру или хаотично распределяться в диспорсиошюй среде, вступать или не вступать в межфазные взаимодействия, менять свое полонений во времени, коагулировать или диспергировать и т.д. Все ато кодируется в сложной картине акустических палой. Дисперсные системы могут гасить акустические волны или оыть для них относительно прозрачными, могут видоизменять спектральный состав акустического сигнала или пропускать его оез изменений, в них можно создать такую ситуацию, когда акустическая анергия максимально будет перекачиваться в рассеянную энергию.
Целью настоящей раооты является развитие комплексного подхода к исследованию распространения ультразвуковых волн во взвесях.
Исследуя ослаолониа ультразвуковых волн во взвесях, получаем некоторую интегральную характеристику акустического поля -добавочный коэффициент ослабления ультразвуковых волн, который связан с концентрацией неоднородноетей, их дисперсным составом, с ооношшми механизмами, протекавшими между дисперх'ированноЯ фазой и матрицей, со всеми потерями акустической анергии.
Изучая рассеяние ультразвуковых волн, получаем некоторую дифференциальную характеристику акустического поля, т.е. из всох, механизмов потерь выделяются потери акустической анергии, связанные с возбуждением рассеянных волн, что позволяет оценить их вклад в общие потери.
Измеряя скорость ультразвуковых волн, юлучаем информацию со упругих свойствах взвесей.
Научная новизна диссертации.
Вперяые проведено комплексное исследование ослаолепия, рассеяния и скорости ультразвуковых волн во всем диапазоне концентраций частиц во взвеси.
Обнаружена связь между структурными перестройками взвесей и изменением величины концентрационного коэффициенте ослабления
5 ультразвукових волн во взвесях.
Выявлена связь «сяду структурніши изменениями взвесей и концентрационным коэффициентом скорости ультразвуковых ваш во взвесях.
Доказана доминирующая роль диесияативных потерь в ослаблении акустической энергии ультразвуковых воля во всей диапазона изменения концентраций частиц исследуемых взвесоЯ путем анализа обобщенного акустического спектра.
Проведены непосредственные измерения рассеянных ультразвуковых волн взвесей стеклянных частиц. Определен энергетический баланс акустической энергия ультразвуковых волн, подтвердивший доминантную роль диссипативяых потерь в исследуемых взвесях.
Определены условия возникновения отрицательного концентрационного коэффициента дополнительного ослабления ультразвуковых волн во взвесях.
Показана возможность возникновения в пористых толах двух ветвей скоростей: быстрой и медленной.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Изменение концентрационного коэффициента дополнительного
ослабления ультразвуковых волн взвесей происходит в областях
концентраций частиц, где возникает перестройка структуры взвеси.
В области дисперсной структуры взвесей, где число касаний т-о. -$*.*1.
В области кластерной структуры, где число касаний частицы Т62 -4. «а. < 1.
В области пористой структуры, где число касаний частицы
Т у 4' Ж~ > и
2. Доминирующая роль диссипативиых механизмов потерь
акустической энергии ультразвуковых волн, распространяющихся во взвоем во всей диапазона изменения концентрации частиц взноси.
-
Сильное взаимодействие между частицами взвеси в пористой структура приводит к "замораживании" части диссииатлвных потерь.
-
Доказывается корреляция между изменением концентрационного коэффициента ослабления и изыенонивм концентрационного коэффициента скорости.
Изменение концентрационного коэффициента скорости
ультразвукових юли во взвесях происходит в областях структурной перестройки взвесей.
В области дисперсной структуры, ідо число касаний чьотицы Г = О. *;_ , 0.
В области кластерной структури, где число касаний частики ц г - 4, концвнтрац'лошшй кизФЁ'лциеит скорости нрохояэт чориа минимум -щ— = U.
В области пористой структури, где число касании частицы 7 > Л. *{_ > 0.
5. Условия, необходимые для расаїшіления скорости ультразвуковых волн, раснрострашивдхся в пористых взвесях, на две воЧ'Ви: быстрой скорости И М6ДЛСШЮЙ.
Практическая цонность диссертации.
Комплексное исследование ослабления, рассеяния и скорости ультразвукових волн, распространяющихся во взвесях, позволяет создать базисную основу для решения обратных задач, лежащих в основе акустических катодов контроля дисперсных систем.
Связь изменения величины концентрационного коэффициента дополнительного ослаолешя ультразвукових волн с перестройкой структуры взвеси монет быть использована в технологических процессах в качестве индикатора возникновения пористого состояния взвеси.
Явление расщепления скорости ультразвуковых волн в пористых взвесях на две ветьн быстрой и медленной скоростей может быть использовано как индикатор возникновения сидыюш взаимодействия мевду частинами, возникновении жесткости каркаса пористого тела.
Апробация .работы.
Основные результаты диссертации докладывались на миждународной конференции И«шенорно -физические проблемы новой техники, г. Иосква, 1994 г., ни совещании но Акустике неоднородных сред, г. Новосибирск, J994 г.
Публикации: Основные результаты опубликованы в одной работе.
Ств^к-rypjj и о*1ом диссе^тагвщ. Диоеертиш.н состоит из введении, четырех глав, заключения и содоркит 129 стр. машинописного текста, Є таблиц, 25 рисунков и список цитируемой литературы из 122 наименований.