Теория движения летучей аэрозольной капли раствора в неоднородных газах в режиме со скольжением

• Автор: Зенкина, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 202 с. : ил

Введение, актуальность темы.

В настоящее время вопросы физики аэродисперсных систем приобрели особую актуальность в связи с возросшей проблемой загрязнения окружающей среды и все более активным применением аэрозолей во многих областях науки, техники, медицины и народного хозяйства [1-3]. Многие развивающиеся современные технологии в таких областях как микроэлектроника и микробиология требуют больших объемов газов, очищенных от аэрозольных примесей или содержащих их контролируемую концентрацию. Поэтому, в связи с необходимостью проектирования промышленной аппаратуры в этой области, а также для проведения лабораторных экспериментов, важную роль играют исследования, посвященные движению аэрозольных частиц в различных газах и газовых смесях.
Явление термофореза также находит свое применение в производстве оптоволокна [*]. Технологический процесс изготовления световодов на основе кварцевого стекла состоит из двух этапов. Явление термофореза применяется на первом этапе - для получения заготовки, представляющей из себя стеклянный стержень длиной порядка 1 м и диаметром около 10-20 мм, при помощи“модифицированного метода химического осаждения из газовой фазы”(МСТ)).
В связи с интенсивным развитием промышленного производства и автомобильного транспорта в нашей стране и за рубежом вопросы, связанные с охраной окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами и выхлопными газами являются также главными в настоящее время. В воздушный бассейн в нашей стране ежегодно поступает около 100 млн. тонн загрязняющих атмосферу веществ [4], оказывающих негативное воздействие на жизнедеятельность человека, растительный и животный мир. Особенно заметно влияние загрязненного атмосферного воздуха на природу и человека в городах с развитой промышленной сферой. В естественных условиях очищение

атмосферы от аэрозольных частиц происходит при помощи вымывания их дождевыми каплями, однако, этого недостаточно для городов, являющихся промышленными центрами.
Атмосфера также предохраняет поверхность Земли от чрезмерного перегревания солнечными лучами и последующего охлаждения путем лучеиспускания.
Поэтому с точки зрения экологии, в последнее время все более актуальной становится проблема осаждения аэрозольных частиц, образующихся в процессе производства различных материалов без желания человека. Например, при выплавке металлов и производстве сажи, а также при сжигании топлива (в основном пылевидного) происходит образование аэрозольных частиц (дым и летучая зола) в виде побочного процесса. Такие частицы нуждаются в осаждении, образующиеся таким образом, они оказывают неблагоприятное воздействие на состояние окружающей среды и организм человека (сернокислый туман), вызывают коррозию и т.д. Такая очистка может быть проделана, например путем пропускания загрязненного газового потока через волокнистые фильтры или различного вида каналы, на стенках которых происходит осаждение аэрозольных частиц.
С другой стороны, промышленные аэрозоли могут содержать ценные вещества, нуждающиеся в осаждении как, например, металлургические дымы. Поэтому в нашей стране и за рубежом [5-7] проблема теоретического описания поведения взвешенных в неоднородном газе тел становится одной из основных проблем механики аэродисперсных систем. Знание закономерностей этого поведения позволит провести исследование эволюции аэродисперсных систем и решить вопрос целенаправленного воздействия на аэрозоли.
Одним из актуальных научных направлений, развиваемых в последнее время, в рамках проблемы движения частиц в неоднородных газах является теоретическое исследование движения частиц в неоднородной по температуре газовой среде (термофорез). Построение теории термофореза аэрозольных

частиц является сложной задачей. Дело в том, что движение конкретной частицы в газе определяется не только поверхностными явлениями, обусловленными взаимодействием молекул среды с поверхностью частицы, а зависит еще и от объемных эффектов, возникающих из-за неоднородного распределения гидродинамического, температурного и концентрационного полей. Также следует отметить, что частицы, которые входят в состав реальных аэродисперсных систем, могут быть твердыми или жидкими, неоднородными по составу, иметь фазовый переход на поверхности, а также могут обладать анизотропией теплофизических свойств.
Из вышесказанного следует, что исследование вопросов, связанных с переносом аэрозольных частиц в неоднородной по температуре газовой среде носит актуальный характер и представляет как теоретический, так и практический интерес.
Вопросы термофоретического движения умеренно крупных капель растворов для случая когда летучий компонент является малой добавкой к основному газу рассмотрены в [10,65]. В работе [65] построена наиболее общая теория термофореза умеренно крупных капель растворов, однако при постановке граничных условий не учитывался объемный поток энтальпии, связанный с общим движением газа как целого и не учитывалось влияние эффекта Дюфура на скорость термофореза умеренно крупных частиц. При проведении численных оценок влияния отдельных эффектов на скорость термофореза влияние объемной термодиффузии также не учитывалось. В связи с этим возникла необходимость учесть вышеуказанные эффекты в теории движения умеренно крупных капель концентрированных растворов.
Цель и задачи исследования.
Целью настоящего исследования является построение теории термофореза умеренно крупных и крупных, как летучих так и нелетучих капель растворов и твердых частиц сферической формы с учетом объемного потока

1) Граничное условие (2.7) приводит к уравнению:

2Я3 Я4 у

+ (}, + 20 Я2 =
к!.. Г1+ат(з;(Т) лрг^

*(0) Р'*(Н) N

я + я

31с* О(е,13*(0)п ^ Р8Ь 12 Рё гЧ

(2.17)
2) Граничное условие (2.8) приводит к уравнению:
ЧеАеС080 Зг)ОеВеСО8

- 2щСО

2ц4СО8
+ бЛоДЯсоэ© -
= „(с) , 2л0еуе 2а
ас,. Ро я2 я
(2.18)
Уравнению (2.18) соответствуют уравнения (2.18') и (2.18м):
злоА Зл»,вс + з^цЯ _ = 0 _
к„ 2К, , гп ас,.
(2.18')