Осаждение нано- и субмикронных частиц при интенсификации технологических процессов в мощном акустическом поле

• Автор: Лупандина, Мария Алексеевна
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Исследования акустического осаждения промышленных дымов и туманов (обзор литературы)
1.1 Актуальность проблемы осаждения аэрозолей
1.2 Теоретические модели акустической коагуляции и осаждения
аэрозолей
1.3 Обзор публикации по акустическому осаждению промышленных
дымов
1.4 Основные выводы и заключения по главе
2 Математическая модель направленной диффузии в звуковом поле
нано- и субмикронных дымов
2.1 Особенности диффузии тонкодисперсных аэрозольных частиц
2.2 Постановка задачи, краевые и начальные условия
2.3 Решение уравнения диффузии операционным методом
2.4 Коэффициент диффузии нано- и субмикронных частиц в звуковом
поле
2.5 Анализ изменения счетной концентрации в акустическом поле при направленной диффузии частиц промышленных аэрозолей
2.6 Выводы и заключения по разделу
3 Теоретические и экспериментальные исследования диффузии субмикронных и нано- частиц промышленных аэрозолей через акустический и гидродинамический пограничные слои
3.1 Актуальность задачи математического моделирования и экспериментального исследования диффузии нано- и субмикронных частиц через акустический и гидродинамический пограничные слои
3.2 Постановка задачи. Исходные уравнения
3.3 Влияние температуры на диффузию в потоке
3.4 Уравнения для потока через пограничный слой с учетом граничных условий

3.5 Изменение скорости потока аэрозоля от наличия пограничного слоя
3.6 Решение уравнения для потока частиц к стенке через пограничный
слой
3.7 Расчетная модель диффузионного потока при осаждении нано- субми
кронных аэрозольных частиц в звуковом поле
3.8 Экспериментальные результаты исследования и сравнение с теорией диффузионного потока нано- субмикронных частиц через акустический
и гидродинамический пограничные слои
3.9 Выводы и заключения по разделу
4 Измерение и расчет аэрозольных параметров наночастиц табачного дыма
4.1 Обоснование выбора типов аэрозолей для экспериментального исследования
4.2 Экспериментальная установка для акустического осаждения нано- и субмикронных аэрозолей
4.3 Методика и аппаратура для измерения параметров наноразмерных аэрозолей методом атомно-силовой микроскопии
4.4 Дисперсное распределение и конфигурация нано- и субмикронных осажденных аэрозолей
4.5 Взаимодействие нано- и субмикронных аэрозолей с поверхностью
4.6 Оценка погрешностей при измерениях параметров аэрозольных наночастиц сигаретного дыма
4.7 Выводы и заключения по разделу
5 Выводы и заключения по диссертационной работе
6 Список использованных литературных источников
Приложение 1 Проверка математических выкладок по теории
размерности
Приложение 2 Акты о внедрениях
Приложение 3 Дипломы конкурсов

Введение
Осаждение тонкодисперсных аэрозолей остается важной научно-технической проблемой в разных областях промышленности и в исследовательских проектах (в системах очистки промышленных выбросов, в технологиях защитных покрытий, в экологии, в нанотехнике и др.). В связи с интенсификацией технологических процессов доля тонкодисперсных аэрозолей (в металлургии, в химических производствах и др.) возрастает. Появились технологии нанесения субмикронных и наночастиц для получения новых качеств изделий.
Использование мощных акустических колебаний резко интенсифицирует процессы коагуляции и осаждения аэрозолей. При наложении мощного акустического поля помимо колебательного движения среды и аэрозоля возникает гидродинамическое взаимодействие полей обтекания частиц, изменяются процессы диффузии, ускоряются тепло- и массообмен за счет различных акустических течений в объеме и особенно в пограничных слоях.
Исследования воздействия мощных акустических колебаний на аэродисперсные системы и внедрение этого метода в разных отраслях промышленности широко проводились в 60-х - 90-х годах прошлого столетия. Значительный вклад в исследование акустического воздействия на процессы коагуляции и осаждение промышленных аэрозолей внесли отечественные ученые Е.П.Медников, Ю.Я.Борисов, В.И.Тимошенко, Н.Н.Чернов и др.
Осаждение тонкодисперсных аэрозолей при наложении мощного акустического поля представляет собой сложное физико-химическое явление из-за высокой адгезионной способности и подвижности нано- и субмикронных частиц. Для его понимания, математического моделирования и создания промышленных технологий можно использовать существующие в научно-технической литературе представления. Однако для субмикронных и наночастиц в литературе практически отсутствуют теоретические и экспериментальные результаты по диффузии в свободном пространстве и при наличии пограничных (акустического и гидродинамического) слоев. Для нано- и субмикронных

п/п0

10000 Г, Гц

Рисунок 2.2 - Изменения относительной счетной концентрации п/п0 наночастиц размером 11=100 нм в функции от частоты звука I1- при расстояниях х от источника аэрозоля 0,01; 0,033; 0,05 м (соответственно кривые 1, 2, 3)
На рис. 2.3 представлены расчетные графики изменения относительной счетной концентрации п/п0 для различных размеров камеры с! при тех же расстояниях от источника аэрозоля 0,01; 0,033 и 0,05 м. Остальные параметры те же, что и на рис. 2.2. Графики показывают, что в камерах меньшего размера относительные изменения счетной концентрации п/п0 по абсолютной величине больше по сравнению с большими камерами, оставаясь постоянными при относительных значениях х/б.