Dynamics and Chemical Activity of Cavitation Bubbles in Ultrasonic Systems

L’augmentation des émissions de gaz à effet de serre a conduit les gouvernements du monde entier à explorer les ressources renouvelables pour la production d’énergie et de produits chimiques. La disponibilité croissante d’électricité renouvelable à un coût abordable offre une opportunité de réduire les émissions de carbone dans les secteurs énergivores, en particulier par l’électrification des industries de processus chimiques (IPC). Ce projet de recherche se concentre sur l’ultrason (US) comme méthode énergétiquement efficace, sélective et compacte pour diminuer les dépenses en capital et la production de déchets. Intégrer l’US comme une innovation d’intensification de processus (IP) avec un réseau électrique plus propre peut ainsi jouer un rôle vital dans l’établissement de méthodes de production durables à travers l’IPC. L’US, utilisant l’énergie intense de la cavitation acoustique, accélère les processus dans des conditions douces, générant des radicaux réactifs et améliorant les taux de réaction. Cette thèse souligne la nécessité d’une conception précise de réacteur et d’un contrôle du comportement des bulles pour surmonter les limitations actuelles d’efficacité de la technologie et augmenter son applicabilité industrielle. Cette recherche commence par une analyse approfondie de la dynamique des bulles et des activités chimiques dans différentes zones de cavitation de sonoréacteurs à corne de 20 kHz. Des expériences de sonochemiluminescence (SCL) ont identifié des zones actives, révélant comment la puissance US, la profondeur d’immersion de la sonde et le volume de liquide affectent la distribution spatiale et l’intensité des zones. La dosimétrie au KI dans l’eau a évalué l’activité sonochemique globale dans ces conditions. Le rendement de cavitation le plus élevé et l’oxydation ont été notés lorsque la sonde était proche du fond du vaisseau à une densité de puissance modérée de 424,29 W/L, créant une nouvelle zone active autour du col de la sonde. L’imagerie à grande vitesse a détaillé davantage la densité et la taille des bulles, influençant un modèle numérique qui intègre les tailles réelles des bulles pour déterminer la meilleure profondeur d’immersion de la sonde et la puissance US pour une formation efficace de zone active.