Некоторые задачи исследования потоков монодисперсных микросфер при их генерации в осложненных условиях

• Автор: Чэнь Юфон
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ГЕНЕРАЦИИ МОНОДИСПЕРСНЫХ МИКРОСФЕР
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ КАПЕЛЬ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В ПРОЦЕССЕ ОКИСЛЕНИЯ
2.1. Анализ процессов при движении капель в охлаждающем газе
2.2. Окисление поверхности металла
2.3. Колебания окисляющихся капель
2.4. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ, ЗАПОЛНЕННОЙ ГАЗОМ
3.1. Постановка задачи о колебаниях полой микросферы
3.2. Метод решения задачи
3.3. Анализ полученных результатов
3.4. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПРОВОДЯЩЕЙ ЗАРЯЖЕННОЙ ЖИДКОЙ ОБОЛОЧКИ, ЗАПОЛНЕННОЙ ГАЗОМ
4.1. Исследование равновесного состояния
4.2. Колебания полой микросферы. Постановка задачи
4.3 Решение задачи
4.5. Основные результаты и выводы
Выводы
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Настоящее исследование посвящено некоторым проблемам получения и обработки вещества в монодисперсном состоянии - в виде идентичных по ряду параметров субмиллиметровых микросфер. Основное внимание в рамках данной работы уделяется задачам колебаний микросфер при генерации капель, в том числе полых и находящихся в окисляющей среде, а также влиянию электрического заряда на колебания полых монодисперсных микросфер. Все эти вопросы интересны, прежде всего, для развития монодисперсных систем и процессов генерации полых микросфер по технологии расплава и криомонодисперсной технологии.
Развитие новых направлений фундаментальных и прикладных исследований в области теплофизики, гидродинамики, молекулярной физики, физико-химии дисперсных систем и смежных дисциплин, а также разработка на этой основе новейших технологий привели в настоящее время к необходимости обобщения ряда исследований термогидродинамических систем, проводимых в течение ряда лет, с целью выявления ряда новых концепций, а также для построения новых моделей явлений, протекающих в подобных системах. Таким образом, в последние годы сформировалось новое научное направление -физика и техника монодисперсных систем - направление, которое занимается исследованиями по генерации, распространению, взаимодействию с внешними полями и средами идентичных по целому ряду параметров (массе, размеру, электрическому заряду и т.д.) субмиллиметровых сферических частиц (капель, микросфер, гранул и т.п.) из различных материалов.
Наконец, прикладные направления и технологии, рассмотренные в настоящей диссертационной работе, чрезвычайно актуальны по целому ряду причин, которые изложены ниже.
Среди многочисленных современных и перспективных технологий на базе монодисперсных систем, можно выделить лишь несколько, которые не вызывают сомнения как чрезвычайно важные и открывающие перспективы в будущем столетии для совершенно новых технологических решений.
Прежде всего, это так называемая электрокаплеструйная технология маркировки изделий, основанная на генерации капельных одномерных заряженных потоков красок для нанесения их в качестве буквенно-цифровой

информации на различные изделия. Подобная технология, которая непосредственно связана с когерентной капельной структурой, чрезвычайно развита и является одной из основных технологий маркировки изделий во всем мире. Многие вопросы, которые изучаются в рамках настоящей диссертационной работы, весьма важны для электрокаплеструйной технологии. Такие величины, как длина не распавшейся части струи и степень монодисперсности, влияние электрического поля и электрического заряда на распад струй, являются основными исследуемыми вопросами рассматриваемой технологии и для многих новых веществ (не на основе спиртов и водяных композиций) важные задачи генерации капельных потоков еще не решены. Поэтому очень актуально решение проблем влияния реологии жидкости на параметры вынужденного капиллярного распада. Также актуальны вопросы релаксации параметров жидкостей, в том числе рассмотренный в данной работе вопрос о динамическом поверхностном натяжении и его влияние на распад струй. Важны и актуальны также вопросы распространения капельных потоков между генератором изделием, что определяет качество наносимой на изделие информации.
Особое внимание в диссертационной работе автор уделяет двум направлениям, которые разрабатывались с его участие с начала постановки основных проблем: радиационные капельные космические теплообменники и криогенные монодисперсные мишени для ускорительной техники. Эти две проблемы, непосредственно связанные с проблемами, рассматриваемыми в данной работе, обнаружили не только много важных и интересных физических задач, но и поставили перед исследователями много новых фундаментальных задач. Помимо этих технологий в данной работе представлены результаты прикладных исследований, которыми автор занимался в связи с развитие физики и техники монодисперсных систем.
В заключении автор благодарит своих учителей и коллег, совместно с которыми были проведены исследования, результаты которых изложены ниже -члена-корреспондента РАН, профессора Е.В. Аметистова, профессора А.С.Дмитриева, докторов A.B. Бухарова и А.Ф.Гиневского.

энергетических соображений, сформулировал критерий распада проводящих заряженных струй [91,92]. В дальнейшем Бассе (1894г.) учел вязкость и конечную скорость струи [91]. Затем интерес к капиллярному распаду струй несколько уменьшился и тлько в 1958 голу Глонти рассмотрел вопрос об устойчивости струи в продольном электрическом поле [93]. В 1962 году Магарвей и Атоуз исследовали также аналогичную задачу [94]. Затем к этой проблеме неоднократно возвращались [95-100] (подробнее см. [1]). При этом основной интерес был к проводящим струям во внешнем электрическом поле. Дисперсионные соотношения для капиллярного распада струй в электрическом поле и заряженных струй приведены в [1,91]. Несмотря на обширные исследования капиллярной неустойчивости в электрическом поле, до последнего времени оставался вопрос о поведении диэлектрических струй, заряженных поверхностным зарядом. Дело в том, что для этого случая не было ясно, приводит ли электрический заряд к стабилизации или дестабилизации струи. Главным вопросом было выяснение роли релаксации поверхностного заряда при капиллярной неустойчивости.
1.4. Капиллярный распад жидкометаллических струй в окислительной атмосфере
Особенности капиллярного распада жидкометаллических струй в окислительной атмосфере были обнаружены в экспериментах [101] в начале 80-х годов. Эти особенности состояли в том, что при распаде струи в атмосфере кислорода (на воздухе) не удавалось получить не только монодисперсные капли, но зачастую вообще добиться распада струи. Только позднее стало ясно, что подобные стру способны распадаться лишь в отсутствии окислителя или его малого парциального давления в окружающей жидкометаллические струи среде. Хотя сразу стало ясно, что аномальность капиллярного распада связана с окислением поверхности, однако простые оценки [102] показали, что с подобными ситуациями ранее в металлургии не сталкивались, поскольку характерное время капиллярного распада сравнимо с временем заполнения одного монослоя на поверхности струи молекулами металлокисел. Несмотря на это, в работах [103-105] были построены модели, основанные на росте упругой окисной пленки и ее влиянии на стабилизацию капиллярного распада. Хотя указанные модели качественно правильно описывали ситуацию с аномальностью капиллярного распада, оставалась не ясной физическая картина явления (упругая