Естественные и технические науки, № 2, 2013
Химические науки
Физическая химия
Апакашев Р.А., доктор химических наук, профессор Руцкая Д.Р.
Остапук Л.П., соискатель Усова Н. С. Постникова А. С.
(Уральский государственный горный университет)
ОПТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАСС ПОТОКОВ ПРИ КОНВЕКЦИИ РАСПЛАВА СТЕКЛА1
Рассмотрен метод оптического моделирования трасс потоков при конвекции расплава стекла.
Ключевые слова: стекло, расплав, конвективное перемешивание, оптическое моделирование.
OPTICAL MODELLING OF SLOPES OF FLOW DURING CONVECTION
OF GLASS MELT
Presented by a description of the method of optical simulation runs flow convection of glass melt.
Keywords: glass melt, convective mixing, optical modeling.
Распространенным приемом стекольного производства для улучшения однородности свойств стекломассы и повышения качества получаемого из нее стекла является конвективное или механическое перемешивание.
Для изучения конвекции стекломассы часто применяется метод пуска индикаторов. Используя люминесцентные или радиоактивные индикаторы [1], получают сведения о скорости распространения вновь сваренной стекломассы в объеме расплава и оценивают гомогенизирующую способность печи. В настоящее время для жидкофазных систем накоплен большой объем информации об основных закономерностях конвекции. Тем не менее, такие важные детали процесса как, например, четкое выделение направления и границ потоков в объеме расплава, остаются практически неизученными. Кроме этого, использование радиоактивных изотопов ограничивает применение распространенного метода пуска индикаторов с точки зрения экологии и техники безопасности проведения экспериментов.
Если прозрачная вязкая жидкость, например высокотемпературный стеклообразующий расплав, течет, происходящий процесс переноса вызывает появление в объеме системы локальных областей оптической неоднородности в виде полос скольжения или линий сдвига [2].
В процессе экспериментальных исследований оптических свойств жидкостей, испытавших течение, нами реализована соответствующая установка, позволяющая визуализовать локальные области оптической неоднородности высокотемпературных светопропускающих расплавленных систем [2].
Действие установки основано на принципе формирования теневого изображения образца, что позволяет проводить эксперименты по наблюдению плавления и конвекции расплава
1
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.
Естественные и технические науки, № 2, 2013
вещества (рисунок). Причем в таких исследованиях возможна организация наблюдений без потери информативности эксперимента на модельных жидких системах, температура которых соответствует температуре окружающей среды.
Так, оптическую кювету установки [2] наполняли глицерином комнатной температуры и выдерживали до исчезновения в нем следов скольжения. Потом на открытую поверхность жидкости помещали небольшое количество охлажденного ниже 273 К глицерина, имитируя добавку шихты в стекломассу. Затем для инициирования конвективных потоков начинали обдувать кювету горячим воздухом. Наблюдаемую в процессе эксперимента теневую картину жидкой системы фиксировали на видеокамеру для последующего анализа границ и трасс потоков, расчетов их скорости и определения времени достижения однородного состояния.
Рис. Теневая фотография участка трассы потока в объеме расплава (четырехкратное увеличение изображения)
Разработанная методика визуализации и моделирования трасс потоков позволяет наблюдать области неоднородности коэффициента преломления в объеме системы при конвекции стеклообразующего расплава, четко выделяя при этом границы и направление потоков (см. рисунок). Методика не требует использования радиоактивных материалов и может применяться как для научных исследований, так и в технологических целях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лукьянов В. Б., Бердоносов С. С., Богатырев И. О. и др. Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода. М.: Высш. шк., 1985. 287 с.
2. Апакашев Р. А. Установка для контроля оптической однородности расплава стекла. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. № 10. С. 31-32.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.