OBRABOTKAMETALLOV Vol. 28 No. 1 2026 7 TECHNOLOGY В данной работе объектом исследования является один из самых распространенных типов дисперсных систем – твердые частицы в жидкости. К технологическим процессам, основанным на применении таких дисперсных систем, можно отнести сварку и пайку [5, 6] – твердые частицы в жидком металле (примеси, неметаллические включения и зародыши кристаллизации); склеивание с использованием полимерных композиционных материалов, представляющих собой взвесь наполнителя в полимерной матрице [7–10]; нанесение защитных лакокрасочных покрытий (суспензий) [11, 12]; гидроабразивную и кавитационно-абразивную обработку [13, 14]. Учитывая масштабы применения дисперсных систем, исследования, направленные на интенсификацию процессов их получения, обладают высокой актуальностью. Основным требованием к дисперсным системам является обеспечение равномерности структуры или распределения частиц дисперсной фазы по объему жидкой среды, что позволяет получить заданные эксплуатационные свойства [15, 16]. Значительная проблема технологии при этом заключается в необходимости диспергирования больших образований (например, дендритов в металле) или агломератов частиц дисперсной фазы (комков наполнителя в полимере), образованных в процессе их хранения под действием сил адгезии, которые возникают в результате межмолекулярного взаимодействия соприкасающихся частиц [17, 18]. При сварке или пайке дендриты снижают прочность и пластичность соединения [19–21]. При получении полимерных композиционных или лакокрасочных материалов агломераты из слипшихся частиц создают анизотропию свойств дисперсной системы и в то же время имеют тенденцию к осаждению под действием силы тяжести, что снижает концентрацию дисперсной фазы в основном объеме системы и изменяет ее свойства [22]. В связи с этим технологии обработки и получения различных дисперсных систем должны предусматривать диспергирование и разделение крупных образований при их равномерном распределении по объему. Эффективным способом, позволяющим интенсифицировать такие процессы, является применение ультразвуковых колебаний, создающих в жидкости переменное звуковое давление. Жидкость подвергается периодическому воздействию растягивающих и сжимающих сил, что приводит к возникновению кавитации, заключающейся в образовании разрывов сплошности в виде пузырьков, заполненных паром и газом [23, 24], которые пульсируют, объединяются в различные по размеру кавитационные образования или кластеры и схлопываются, создавая ударные волны и кумулятивные струи [25]. В момент схлопывания кавитационного пузырька давление может достигать Pmax ≈ 10 7…1011 Па, а температура составляет 3000…4000 °С [26–28]. При введении ультразвуковых колебаний в реальные жидкости часть энергии теряется изза влияния вязкости, вследствие чего волновая энергия будет ослабевать при отдалении от источника колебаний [29]. При поглощении волны количество движения, связанное с колебаниями частиц среды, передается ей, вызывая акустические течения [30, 31] различной масштабности. Характер акустических течений в первую очередь зависит от режима ультразвуковой обработки, который определяется амплитудой колебаний торца излучателя ξm. Так, при низкоамплитудном режиме обработки (ξm < 10...12 мкм для воды) крупномасштабные акустические течения фактически отсутствуют, а в кавитацию вовлекаются случайные участки озвучиваемого объема. Переход к высокоамплитудному режиму (ξm > 10...12 мкм) характеризуется возникновением крупномасштабного, направленного от торца излучателя гидродинамического потока и объясняется сильным поглощением акустической энергии в процессе развития кавитационной области у торцевой поверхности излучателя [32]. Таким образом, ультразвуковая обработка за счет кавитации позволяет диспергировать крупные образования и агломераты частиц, а за счет действия акустических потоков – осуществлять перемешивание и распределение дисперсной фазы по объему. Существует достаточное количество исследований по ультразвуковой обработке дисперсных систем [например, 33–38], в том числе проводимых в лаборатории электрофизических методов обработки МАДИ [например, 39–44]. Несмотря на наличие определенных достижений по отдельным системам, в настоящее время отсутствуют исследования, направленные на установление взаимосвязи свойств жидкой сре-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1