СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕОДНОРОДНЫХ ГИДРОСРЕД (ЖИДКОСТЕЙ) Российский патент 2022 года по МПК B01F3/12 G01N29/14 

Изобретение относится к технологии ультраструйной обработки, диагностики материалов и к приготовлению активированных суспензий и может быть использовано в различных отраслях промышленности (горной, химической, металлургической и др.).

В существующих известных способах процесс приготовления структурно-неоднородных гидросред, состоящих из механической смеси жидкой фазы (жидкости, матрицы) и частичек твердой фазы (наполнителя, порошка) разделен по времени. Как правило, фракционирование и/или диспергирование исходного твердого продукта осуществляется механически, а затем происходит его смешивание с жидкой матрицей (жидким носителем). При этом процесс смешивания может сочетаться с измельчением наполнителя, сепарацией и т.д. (см., например, RU 2119824, B01F 3/12, 1998).

Такая последовательность действий снижает эффективность активации жидкофазной матрицы частицами твердого наполнителя. К числу активирующих жидкую матрицу процессов следует отнести диффузионные, химические и другие физические процессы и явления, протекающие на границе раздела двух фаз (см. вышеуказанный патент). Наличие на поверхности частиц порошка пассивирующих химических и молекулярных (адсорбционных) пленок также снижает эффективность процесса активации жидкофазной матрицы (ЖМ) элементами дисперсной твердой фазы (ТФ).

Для устранения этих недостатков осуществляют совмещение процесса диспергирования твердой фазы с процессом образования суспензии (см., например, патент РФ 2097180, кл. В28С 5/36, 1997). За счет этого удается повысить эффективность процесса активации структурно - неоднородной гидросреды (конечного продукта), т.е. получить ее новое качество и улучшить потребительские свойства.

Однако и такой способ обладает следующими недостатками:

- трудность регулирования приготовления суспензии с заданными свойствами из-за неконтролируемого процесса диспергирования;

- отсутствие активации жидкой матрицы в процессе приготовления суспензии;

- ограничения на прочностные характеристики ТФ;

- сложность получения многокомпонентных суспензий;

- низкая производительность процесса насыщения жидкой матрицы частицами ТФ.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ приготовления суспензий (пат. РФ 2397012, МПК B01F 3/12, опубл. 20.08.2010), заключающимся в совмещении процесса диспергирования твердой фазы с процессом образования структурно-неоднородной гидросреды, что осуществляют путем воздействия в течение определенного времени на мишень струи жидкости, имеющей в момент взаимодействия с мишенью заданную удельную кинетическую энергию и время воздействия, достаточные для разрушения материала мишени, при этом при воздействии на мишень струи структурно-неоднородной гидросреды осуществляют изменение во времени местоположение на поверхности мишени пятна контакта с ней. А также тем, что изменение во времени местоположения на поверхности мишени пятна контакта с ней струи структурно-неоднородной гидросреды осуществляют путем перемещения струи структурно-неоднородной гидросреды и мишени относительно друг друга; эффективное время воздействия струи на мишень определяют как отношение диаметра пятна контакта струи с мишенью к скорости относительного перемещения струи по поверхности мишени, обеспечивающей максимальную интенсивность разрушения мишени; струя структурно-неоднородной гидросреды имеет постоянные или изменяющиеся энергетические параметры; структурно-неоднородную гидросреду на мишень подают в виде непрерывной или прерывистой струи заданной скважности; осуществляют изменение угла атаки струи; изменение местоположения на поверхности мишени пятна контакта с ней струи структурно-неоднородной гидросреды осуществляют непрерывно или периодически; в качестве структурно-неоднородной гидросреды для струи используют образующуюся после воздействия струи о мишень структурно-неоднородную гидросреду; в качестве которой используют оставшуюся чистую структурно-неоднородную гидросреду или с твердыми частицами; в качестве структурно-неоднородной гидросреды используют среду, частицы в которой состоят из твердого материала, твердость которого меньше, больше или равна твердости материала мишени; в качестве твердого материала используют кварц, кремень или алмаз; в качестве мишени используют мишень, состоящую, по крайней мере, из двух половинок, выполненных из различных по твердости материалов; половинка мишени со стороны воздействия струи имеет большую твердость; воздействие струи структурно-неоднородной гидросреды осуществляют в месте сочленения половинок мишени; струей структурно-неоднородной гидросреды воздействуют на мишень, погруженную в жидкость; жидкость, в которую погружена мишень, содержит трудно изнашиваемый абразив или частицы из материала мишени или идентичного ему материала; по мере измельчения указанного абразива его добавляют в указанную структурно-неоднородную гидросреду; по мере получения активированной структурно-неоднородной гидросреды с заданными свойствами осуществляют отбор ее с разных уровней; в качестве структурно-неоднородной гидросреды используют поликомпонентные эмульсию, раствор или суспензию; в качестве поликомпонентной структурно-неоднородной гидросреды используют солевой раствор. Отбор структурно-неоднородной гидросреды и образование струи осуществляют оснасткой, изготовленной из того же материала, что и мишень. На струю структурно-неоднородной гидросреды и саму гидросреду, в которой находится мишень, воздействуют физическими полями; воздействие осуществляют термическим полем; в процессе воздействия струи структурно-неоднородной гидросреды на мишень осуществляют измерение параметров акустической эмиссии (АЭ) и по ним судят об интенсивности процесса размывания мишени и получения активированной структурно-неоднородной гидросреды при уменьшении параметров АЭ не более чем на 5-7% осуществляют относительное перемещение струи структурно-неоднородной гидросреды и мишени, которое прекращают при достижении параметрами АЭ прежних значений.

Недостатком известного способа является отсутствие приемов достижения стабильной гомогенной структуры обработки неоднородных гидросред (жидкостей) исходных структурно-неоднородных гидросистем: структурно-неоднородной гидросреды, например, на основе углеродных нанотрубок, графена, водорастворимых полимеров и т.д.

Задачей изобретения является определение количества минимально необходимых циклов (времени) обработки, обеспечивающий стабильную гомогенную структуру исходных структурно-неоднородных гидросистем: структурно-неоднородных гидросред, например, на основе углеродных нанотрубок, графена, водорастворимых полимеров и т.д.

Технический результат заключается в сокращении энергетических затрат и продолжительности обработки исходных структурно-неоднородных гидросред с обеспечением стабильной гомогенной структуры гидросред.

Указанные задача и технический результат достигаются способом обработки структурно-неоднородных гидросред, заключающийся в совмещении процесса диспергирования твердой фазы с процессом образования структурно-неоднородной гидросреды путем воздействия на твердую фазу струи структурно-неоднородной гидросреды, сформированной в сопловом струеформирующем блоке и имеющей в момент взаимодействия с твердой фазой удельную кинетическую энергию и время воздействия, достаточные для разрушения материала твердой фазы, воздействие на твердую фазу осуществляют сверхзвуковой струей жидкости, при этом твердую фазу используют в виде мишени, представляющей собой компактный твердый материал, а при воздействии на мишень сверхзвуковой струи структурно-неоднородной гидросреды жидкости осуществляют изменение во времени местоположения на поверхности мишени пятна контакта с ней сверхзвуковой струи для поддержания эффективности разрушения мишени. Согласно изобретению, процесс обработки структурно-неоднородной гидросреды повторяют до требуемой стабилизации сигналов акустической эмиссии (высокочастотных волн упругой деформации) генерируемых в зоне удара струи о мишень и фиксируемых пьезоэлектрическими преобразователями.

А также тем, что пьезопреобразователи устанавливают на сопловом струеформирующем блоке и на мишени, о которую ударяется структурно-неоднородная гидросреда, и диагностическое сравнение сигналов акустической эмиссии осуществляют путем анализа этих сигналов, зафиксированных пьезопреобразователями.

А также тем, что в качестве исходных структурно-неоднородных гидросред обрабатывают эмульсии и/или микросуспензии на основе углеродных нанотрубок, графена и водорастворимых полимеров.

А также тем, что обработку исходных структур осуществляют на технологической установке, содержащей устройство для периодической или непрерывной подачи структурно-неоднородных гидросред на обработку, блок формирования ультраструи с струеформирующим соплом, корпус с мишенью, пьезоэлектрические прееобразователи (датчики) волн акустической эмиссии (АЭ) - волн упругой деформации среды, генерируемых при формировании высокоскоростной ультраструи (УС) на контактных поверхностях сопла и в самой УС.

А также тем, что повторную обработку проводят на одной технологической установке в циклически замкнутом режиме.

А также тем, что для обработки используют несколько установок, на которых последовательно обрабатывают (гомогенизируют) структурно-неоднородную гидросреду, сформированную на предшествующей установке.

А также тем, что в качестве мишени используют медную пластину.

А также тем, что зону обработки соединяют с генератором ультразвуковых колебаний.

Таким образом за счет того, что процесс обработки структурно-неоднородной гидросреды повторяют до требуемой стабилизации сигналов акустической эмиссии (высокочастотных волн упругой деформации) генерируемых в зоне удара струи о мишень и фиксируемых пьезоэлектрическими преобразователями достигается определение количества минимально необходимых циклов (времени) обработки, обеспечивающий стабильную гомо-геннную структуру исходных структурно-неоднородных гидросред: эмульсий и/или микросуспензий, например, на основе углеродных нанотрубок, графена, водорастворимых полимеров и т.д.

В техническом отношении возможна многовариантная реализация способа, его сочетание с другими дополнительными (внешними) физико-технологическими воздействиями, факторами, полями и т.д. Появляется техническая возможность получения структурно-неоднородных гидросред с различными размерами ТФ, их сепарирование естественным путем (отстаивание) или в специальных сепараторах. Использование углеродных наноматериалов позволяет получать наиболее предпочтительный вид структурно-неоднородных гидросред - с минимальным разбросом размеров диспергируемого материала

Таким образом, патентуемый способ обладает большим инновационным потенциалом, превышающим потенциал классического способа струйно-ударной активации жидкостей.

Изобретение поясняется графическими материалами и чертежами, на которых показаны:

на фиг. 1 - схема ультраструйной гидродинамической гомогенизации структурно-неоднородной гидросреды.

1 - исходная структурно-неоднородная гидросреда (СНГ);

2 - струеформирующее сопло;

3 - пьезоэлектрический пьезопреобразователь (датчик) волн акустической эмиссии (АЭ) - волн упругой деформации среды, генерируемых при формировании высокоскоростной ультраструи (УС) на контактных поверхностях сопла и в самой УС;

4 - исходные кластероподобные неоднородности обрабатываемой

СНГ;

5 - частично диспергированные исходные неоднородности 4;

6 - полностью диспергированные, далее не измельчаемые размеростабильные ультрамелкодисперные неоднородности

УС: наночастицы ультрасуспензий и/или субмикрокапли жидкого наполнителя в структурно-неоднородной гидросреде;

7 - волны упругой деформации материала мишени - волны АЭ, генерируемые в зоне удара в нее УС;

8 - генерируемые внешним источником ультразвуковые колебания (УЗК), в частности ультразвуковым генератором (УЗГ);

9 - твердотельная мишень о которую ударяется диспергируемая (гомогенизируемая) СНГ в виде УС;

10 - датчик АЭ, установленный на мишень;

11 - волны АЭ, генерируемые в корпусе струеформирующего сопла 2;

12 - высокоскоростная УС, состоящая из СНГ, имеющая скорость ;

13 - волны АЭ, распространяющиеся по столбу УС из зоны ее ударно-динамического взаимодействия с мишенью 9;

14 - источники УЗК от внешнего устройства, в частности УЗГ;

на фиг. 2 - диаграмма стабилизации сигнала АЭ по мере УС-гомогенизации СНГ.

1 - изменение осредненного уровня сигнала АЭ, регистрируемого с помощью датчиков на мишени и струеформирующем сопле;

2 - разброс сигнала АЭ, который регистрируется датчиком, установленном на мишени;

3 - разброс сигнала АЭ, который регистрируется датчиком, установленным на струеформирующем сопле.

Примечания

1. В данном случае под разбросом сигнала АЭ понимается коэффициент вариации амплитудных значений волн упругой деформации.

2. Пьезодатчики АЭ имеют хороший акустический контакт с объектом, в котором генерируются волны АЭ (мишень или сопловой блок, сопло).

на фиг. 3 - характерное амплитудное распределение энергетического спектра сигналов АЭ на различных этапах УС-гомогенизации СНГ. Амплитудное распределение энергетики сигналов АЭ

1 - исходная негоменизированная структурно-неоднородная гидросреда;

2 - частично гомогенизированная структурно-неоднородная гидросреда;

3 - присутствуют характерные структурные фрагменты;

4 - требуемый уровень гомогенизации достигнут и дальнейшего изменения размеров кластероподобных фрагментов не происходит.

на фиг. 4 - схема гомогенизации СНГ по замкнутому циклу на гидротехнологической установке.

на фиг. 5 - схема гомогенизации СНГ с использованием нескольких гидротехнологических установок

Исходная структурно-неоднородная гидросреда (СНГ), например подлежащая гомогенизации суспензия, (фиг. 1 поз. 1) в который присутствуют разноразмерные скопления кластероподобных микроструктур (фиг. 1 поз. 4, 5, 6), например, в виде молекулярных сцеплений углеродных нанотрубок между собой типа гидротвердофазных малоразмерных конкреций (комков), сжимается до давлений

Р=50-500 МПа,

в зависимости от прочности сцепления отдельных структурных элементов (частиц) диспергируемой гидросреды. Затем с помощью стандартного струе-формирующего тракта, используемого в технологическом оборудовании для гидрорезания материалов в струеформирующем сопле 2 (фиг. 1) формируется высокоскоростная струя из исходной СНГ (фиг. 1 поз. 12), которая движется со скоростью

VC

по направлению к твердотельной мишени 9, выполненной из эрозионно-стойкого материала, например конструкционной нитридной керамики или твердого сплава типа ВК-8.

В процессе ударно-динамического взаимодействия ультраструи (УС) с поверхностью твердотельной мишени, т.е. при воздействии 12 на 9, как показано на фиг. 1, происходит весьма интенсивное превращение кинетической энергии УС в поверхностную энергию облака спрея, образованного ударным распылением исходной СНС до ультрамелкодисперсного состояния и образования облака аэрозоля. Причем, как показывают расчеты, размеры субмикрокапель этого облака меньше размеров структурных неоднородностей исходной гидросреды. Именно в этом, с физической точки зрения состоит доминантный механизм гомогенизации СНГ, в первую очередь кластероподобных конкреций микросуспензий и дисперсных эмульсий.

Проблема состоит в определении времени (продолжительности, цикличности) процесса ультраструйной гомогенизации (УСГ) жидкофазных структур, являющихся в данном случае размерно вариативными микросуспензиями. Причем, вполне очевидна экономическая затратность излишнего многократного повторения цикла: сжатие и разгон СНС в виде УС - ударное торможение УС - образование ультрамелкодисперсного спрея - конденсация и получение гомогенизированной гидросубстанции в виде более однородной суспензии. Поэтому, цель заявляемого способа состоит в определении необходимого количества повторений цикла УСГ исходной СНГ по критерию однородности сформированной гидросубстанции, например суспензии на основе углеродных нанотрубок.

Основным информативным признаком параметров неоднородностей в исходной СНГ, ударяющейся в виде УС о поверхность твердотельной мишени является разброс амплитудных значений и интенсивности следования высокочастотных (до 10 МГц) импульсоподобных волн упругих деформаций материала мишени (фиг. 1 поз. 7) - волн акустической эмиссии (АЭ). Помимо распространения волн АЭ по материалу мишени они двигаются по гидростолбу самой УС, как показано на фиг. 1 поз. 13.

На мишени 9 волны АЭ фиксируются пьезоэлектрическим преобразователем 10 (датчиком сигнала АЭ) и обрабатываются соответствующей акустико-эмиссионной контрольно-измерительной аппаратурой. Волны АЭ со стороны формируемой УС из исходной СНГ и приходящие по столбу из зоны ее удара в мишень (фиг. 1 поз. 11) фиксируется датчиком 3. Причем данные датчики АЭ - 3 и 10 должны иметь хороший акустический контакт с объектом, в котором распространяются и/или генерируются волны АЭ, например, за счет нанесения на место контакта иммерсионного состава типа консистентной смазки марки ЦИАТИМ. В качестве информативного признака сигнала АЭ можно выбрать коэффициент вариации v. Данный коэффициент определяется отношением среднеквадратичного значения отклонения а к математическому ожиданию m уровня амплитудных значений, фиксируемых датчиками АЭ и формируемых в измерительной аппаратуре аналогово-цифровыми блоками обработки сигнала:

Очевидно, что чем стабильнее сигнал АЭ, тем меньше разброс в уровнях волн АЭ, который напрямую связан с неоднородностями гомогенизируемой СНС из-за их влияния на динамику ударного взаимодействия УС с мишенью.

Поэтому в процессе многократной УСГ исходной СНС должно иметь место соотношение вида:

где:

n- число повторений процесса УСГ;

νo - коэффициент вариации сигнала АЭ при ударе о мишень УС полностью гомогенизированной (однородной) суспензии или эмульсии.

Из соотношения (2) следует, что зависимость нестабильных изменений уровня сигнала АЭ в виде коэффициента вариации ν (n), как функции от числа повторений процесса УСГ стремится к некоторому фиксированному значению νo=const. Это значение ν о по- сути является асимптотой функции ν(n) как показано на фиг. 2 Поэтому при заданной величине нестабильности сигнала АЭ А, определяемой разностью между текущим коэффициентом вариации ν(n) и его асимптотическим значением νo повторение процесса УСГ можно прекратить. Именно в этом случае будет иметь место требуемая степень гомогенизации исходной СНГ, определяемая прямыми исследованиями однородности полученного высокодисперсного однородного гидропродукта:

где:

nH - функционально необходимое число повторений цикла УСГ, обеспечивающее справедливость соотношения (3).

Заметим, что из-за вероятностного характера процесса УСГ обеспечить близкое к нулю значение νo практически не удается, однако конкретная величина νo зависит от многих факторов данного процесса и определяется в ходе предварительных установочных экспериментов с последующей математической обработкой полученных результатов. В частности, удовлетворительной аппроксимационной способностью обладает экспоненциальная функция вида (см. фиг. 2)

где:

А - величина v при однократной УСГ (n=1);

k - коэффициент, фактически характеризующий эффективность процесса УСГ в целом.

Некоторые замечания.

1. Достоверность экспоненциального представления функции изменения геометрических неоднородностей структуры исходной СНГ, в процессе повторения операции действием УСГ, помимо прямых экспериментальных исследований, в общем виде подтверждается путем математической формализации вероятностного характера диспергирования, которое аналогично анализу хорошо известного «масштабного фактора прочности» твердых тел.

2. Помимо коэффициента вариации можно использовать другие информативные параметры совокупности (массива) сигналов АЭ. В частности, наряду с традиционным спектральным представлением, с физико-энергетической точки зрения весьма представительным можно считать амплитудный анализ импульсов АЭ, однозначно связанный со структурной неоднородностью УС-ударного возмущения зоны динамического контакта СНГ с мишенью, как показано на фиг. 2.

Таким образом, путем анализа сигналов АЭ возможно получение объективной, физически обоснованной информации о степени гомогенизации исходной СНГ в процессе ударно-динамического УС-воздействия на нее.

Пример реализации способа

Для оценки эффективности предлагаемого способа экспресс-определения необходимого повторения циклов УС-гомогенизации путем сравнительного анализа сигналов АЭ были произведены прямые экспериментальные исследования. После УС-гомогенизации исходной СНГ на стандартной технологической установке для гидрорезания материалов фирмы FLOW (США) проводилась сравнительная оценка результатов следующих экспериментов:

1. Контрольные эксперименты (К), в ходе которых в качестве структурно-неоднородной гидросреды выступала технически чистая вода, которая эжекционным способом по схеме подачи абразива смешивалась с высокоскоростной УС.Затем «разбавленная» таким образом УС воздействовала на движущуюся мишень. При этом измерялись параметры АЭ и определялся коэффициент вариации

2. Первый модельный эксперимент (M1) состоял в подаче в блок формирования гидроабразивной струи порции суспензии объемом V1, в которой присутствовали квазикластерные скопления углеродных нанотрубок. Затем «разбавленная» структурно-неоднородная гидросреда ударно взаимодействовала с движущейся мишенью с одновременной фиксацией параметров сигналов АЭ и последующим вычислением коэффициента их вариации

При этом объем «разбавленной» гомогенизированной суспензии составлял:

где

- объем воды, который расходовался на формирование гомогенизирующей УС;

(кг/с) - штатный расход воды технологической установки;

τ

- время проведения эксперимента

Затем осуществлялось отстаивание и тонкая фильтрация УС-гомогенизированной суспензии, что позволяло получить СНГ исходного объема

По другому варианту подготовки последующей УС-гомогенизации осуществлялась тонкая фильтрация объема

и полученный субстрат смешивался с технически чистой водой, объем которой

соответствовал исходному объему негомогенизированной суспензии:

Таким образом в результате выполнения данного эксперимента был получен для дальнейшей УС-гомогенизации первоначальный объем структурно-неоднородной гидросреды, но уже прошедшей один этап ударно-динамической диспергирующей обработки.

3. Второй и последующие эксперименты (М2, М3 и т.д.) методически полностью соответствовали первому этапу УС-гомогенизации. По их итогам определялся коэффициент вариации сигналов АЭ

и т.д., а также подготавливался необходимый объем суспензии:

При этом проводилось сравнение коэффициентов вариации сигналов АЭ между собой и определялось размерно-дисперсионное качество гомогенизированных суспензий до достижения им стабильного значения по стандартной методике.

Необходимо подчеркнуть, что кроме вышеизложенного проводилась прямая оценка нестабильности характеристик СНГ, которая осуществлялась путем измерения геометрической вариативности микрорельефа поверхности, напрямую связанной с эрозионной способностью УС - гомогенизируемой суспензии. При этом, помимо стандартных значений и поверхности после УС-воздействия определялся коэффициент вариации микротопографии профиля по соотношению (1), где под m понималось значение исследуемой поверхности.

Данные эксперименты были весьма трудоемкими, но они позволили получить физически достоверную информацию о характеристиках структурных неоднородностей гомогенизируемых суспензий путем оценки их гидроэрозионного действия на поверхностный слой мишени. Учитывая относительную функциональную недостаточность этого воздействия твердодисперсной фракции наносуспензий в качестве мишени, использовалась не высокоэрозионностойкий материал типа твердого сплава марки ВК-8, а полированная пластина из электролитической меди M1. Это повысило контрастность профилей поверхностей, подвергнутых действию УС, сформированных с различными по фракционному составу характеристикам СНГ.

Для методической общности и повышения достоверности сравнительного анализа качество УС-гомогенизации также оценивалась путем прямого расчета коэффициента вариации субмикрогеометрических параметров твердодисперсной фракции, исследуемой СНГ.

В табл. 1 представлены полученные данные, нормированные на значения контрольного эксперимента.

Сравнительный анализ степени гомогенизации кластероподобной суспензии на основе углеродных нанотрубок путем анализа сигналов АЭ

По результатам проведенных экспериментов были сделаны следующие выводы:

1. Информативные признаки сигналов АЭ из зоны УС-гомогенизации тесно коррелируют с другими физически объективными характеристиками нестабильности СНГ: разбросом скоплений углеродных нанотрубок а также неравномерностями микропрофиля поверхности, сформированной эрозионным действием УС из СНГ. Количественные оценки, подтверждающие справедливость данного положения не трудно получить расчетом соответствующих коэффициентов корреляции.

2. Информативные признаки АЭ наиболее чувствительны к структурно-фазовым неоднородностями УС по сравнению с другими параметрами. Это объясняется импульсным характером генерации всплесков в волновой картине формирования высокочастотного акустического поля под множественными ударами ансамблей сцепленных наночастиц по сравнению с относительно равномерным «шумовым» воздействием их отдельных структурных составляющих.

3. В данном случае повторная (М2) УС-гомогенизация обеспечивает высокое качество структурно-неоднородных гидросред по критерию геометрической стабильности - разброса размеров и концентрации скоплений квазикластерных микроструктур. При этом величины коэффициентов вариации информативных параметров близки к контрольным значениям.

В дальнейшем метод АЭ дает возможность экспресс- оптимизации и диагностики других параметров процесса УС-обработки структурно-неоднородной гидросреды, в частности определения рационального угла взаимодействия гомогенизируемой струи СНГ с поверхностью твердотельной мишени.

Таким образом, по техническим характеристикам и контролируемости УС-гомогенизация существенно превосходит известные прототипы ультразвуковой стабилизации характеристик дисперсности суспензий из исходно -структурно-неоднородных гидросистем. Причем анализируемая гидрофизическая технология может эффективно реализовываться на одной УС-гомогенизирующей установке, как показано на фиг. 4. В случае необходимости увеличения производительности процесса гомогенизации структурно-неоднородных гидросред их УС-обработка может осуществляться на нескольких последовательно функционирующих установках, как схематично изображено на фиг. 5.

Однако, как показали предварительные эксперименты, как правило, требуемое структурно-фазовое качество исходно-неоднородных микро- и нано структурно-неоднородных гиджросред обеспечивается по критерию минимума разброса геометрических характеристик их твердофазной компоненты уже при 2-х кратной УС-гомогенизации.

Очевидно, что применение метода АЭ весьма целесообразно не только для реализации процесса обработки жидкостей, но и для информационно-диагностического обеспечения технологии ультраструйной обработки материалов и жидкостей.

Изобретение относится к технологии ультраструйной обработки, диагностики материалов и к приготовлению активированных суспензий и может быть использовано в различных отраслях промышленности: горной, химической, металлургической и др. Способ обработки заключается в совмещении процесса диспергирования твердой фазы с процессом образования суспензии путем воздействия на твердую фазу струи жидкости. Струя формируется в сопловом струеформирующем блоке и имеет в момент взаимодействия с твердой фазой удельную кинетическую энергию и время воздействия, достаточные для разрушения материала твердой фазы. Воздействие на твердую фазу осуществляют сверхзвуковой струей жидкости. Твердую фазу используют в виде мишени, представляющей собой компактный твердый материал. При воздействии на мишень сверхзвуковой струи жидкости осуществляют изменение во времени местоположения на поверхности мишени пятна контакта с ней сверхзвуковой струи жидкости для поддержания эффективности разрушения мишени. Процесс обработки структурно-неоднородной гидросреды повторяют до требуемой стабилизации сигналов акустической эмиссии - высокочастотных волн упругой деформации, генерируемых в зоне удара струи о мишень и фиксируемых пьезоэлектрическими преобразователями. Технический результат: сокращение энергозатрат и времени обработки, обеспечение стабильности гомогенизации гидросреды. 7 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Способ обработки структурно-неоднородных гидросред, заключающийся в совмещении процесса диспергирования твердой фазы с процессом образования суспензии путем воздействия на твердую фазу струи жидкости, сформированной в сопловом струеформирующем блоке и имеющей в момент взаимодействия с твердой фазой удельную кинетическую энергию и время воздействия, достаточные для разрушения материала твердой фазы и воздействие на твердую фазу осуществляют сверхзвуковой струей жидкости, при этом твердую фазу используют в виде мишени, представляющей собой компактный твердый материал, а при воздействии на мишень сверхзвуковой струи жидкости осуществляют изменение во времени местоположения на поверхности мишени пятна контакта с ней сверхзвуковой струи жидкости для поддержания эффективности разрушения мишени, отличающийся тем, что процесс обработки структурно-неоднородной гидросреды повторяют до требуемой стабилизации сигналов акустической эмиссии, генерируемых в зоне удара струи о мишень и фиксируемых пьезоэлектрическими преобразователями.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пьезопреобразователи устанавливают на сопловом струеформирующем блоке и на мишени, о которую ударяется структурно-неоднородная гидросреда, и диагностическое сравнение сигналов акустической эмиссии осуществляют путем анализа этих сигналов, зафиксированных пьезопреобразователями.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходных структурно-неоднородных гидросистем обрабатывают структурно-неоднородные гидросреды на основе углеродных нанотрубок, графена и водорастворимых полимеров.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку исходных структур осуществляют на технологической установке, содержащей устройство для периодической или непрерывной подачи структурно-неоднородной гидросреды на обработку, блок формирования ультраструи с струеформирующим соплом, корпус с мишенью, пьезоэлектрические преобразователи волн акустической эмиссии - волн упругой деформации среды, генерируемых при формировании высокоскоростной ультраструи на контактных поверхностях сопла и в самой высокоскоростной ультраструе.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что повторную обработку проводят на одной технологической установке в циклически замкнутом режиме.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что для обработки используют несколько установок, на которых последовательно обрабатывают структурно-неоднородную гидросреду, сформированную на предшествующей установке.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве мишени используют медную пластину.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зону обработки соединяют с генератором ультразвуковых колебаний.