Szonokémiai reaktorok kémiai kihozatalának vizsgálata
A szonokémia folyadékban lévő, akusztikusan gerjesztett buborékok pulzálásával és az ennek hatására létrejövő kémiai reakciókkal foglalkozó tudomány. Az akusztikus kavitáció jelensége során a folyadékban lévő buborékok a nagyfrekvenciájú (20 kHz - 2 MHz) ultrahang hatására radiális pulzálásba kezdenek (periodikusan megnőnek, majd összeroppannak), a buborékban lévő több ezer kelvin hőmérséklet pedig kémiai reakciókat idéz elő. A tudományterület jelentős szerepet játszik a gyógyszeriparban, a víztisztításnál, a fém nanorészecskék illetve nanoötvözetek gyártásánál, és veszélyes anyagok degradálásánál illetve baktériumok hatástalanításánál is.
A buborékok rezgéseinek leírására a buborékok csatolására jellemző taggal bővített Keller-Miksis-egyenlet használatos, amelyet a kémiai reakciók egyenleteivel egészítek ki. Így egy közönséges differenciálegyenlet-rendszert kapok, amelyet numerikusan oldok meg. A megoldás MATLAB-ban, az ode15s parancs segítségével történik az egyenlet merevsége miatt.
A szimuláció futtatása után a gerjesztési frekvencia változtatása (20 kHz - 1 MHz a vizsgált tartomány) függvényében vizsgálom két csatolt buborék kémiai kihozatalát (külön-külön az egyes anyagokra). Megvizsgálom, hogy a nyomásamplitúdó (általában 1-2 bar) és a buborékok közötti távolság változtatása hogyan hat az egyes anyagok kihozatalára. Ezen felül az egyensúlyi buboréksugár (jellemzően 1-10 mikrométer) változtatásának hatását is feltérképezem, illetve azt, hogy a buborék-buborék csatolás hogyan befolyásolja a kémiai kihozatalt és merre tolódik el az optimális üzemeltetési paraméterek helye (besugárzás-intenzitás és frekvencia). Azaz, több buborékos rendszerekben növelhető-e (szinergia) a kémiai kihozatal, vagy az egymásra hatás mindenképpen negatív következménnyel jár?
szerző
-
Kubicsek Ferenc
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Hegedűs Ferenc
Docens, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék -
Kalmár Csanád
doktorandusz, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék
