Диссертация (1149168), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Пиролиз многокомпонентных микрокапель путемиспарительного охлаждения является перспективным направлением дляполучения наночастиц с контролируемым размером, морфологией и составом[36,37].Левитирующие,испаряющиесяилирастущиекаплимогутиспользоваться в качестве инструментов для анализа окружающей среды, исоответственно закономерности изменения их размера открывают путь длякалибровки подобных инструментов [38-41].Целью данной диссертационной работы является построение ианализрешенийопределяющихполнойэволюциюсистемыразмера,взаимосвязанныхтемпературыуравнений,исостава8свободноподвешенной (левитирующей) в парогазовой среде сферическоймногокомпонентной капли во времени при учете различных режимов ростакапли, перекрестных эффектов диффузии, стефановского течения инеидеальности раствора внутри капли.Научнаяновизна.Сформулированныевышецелиизадачидиссертации являются новыми.
Все основные результаты диссертацииполучены впервые, что подтверждается их публикацией в ведущихотечественныхимеждународныхжурналахиапробациейнапредставительных международных конференциях, совещаниях и школах.Теоретическая и практическая значимость. Результаты, полученныев диссертации, могут быть использованы при описании различных процессовобразованияаэрозолейватмосфереЗемли,приразработкеновыхтехнологий, связанных с образованием микрокапель и микрочастицзаданного размера и состава.
Результаты работы могут быть применены дляизвлечения большей информации из экспериментальных исследований поросту или испарению микро- и нано- капель.Методология и методы исследования. В работеиспользуютсяуравнения, выведенные на общей основе локальных и интегральных законовсохранения с использованием методов равновесной и неравновеснойтермодинамикиконкретныхистатистическойсистемфизики.используютсяаппроксимации и модели [46-49].Дляразличныечисленногоанализафизико-химические9Положения, выносимые на защиту:1.
Аналитическое решение задачи для бинарной капли, растущей илииспаряющейся в диффузионном режиме при изотермической конденсации ватмосфере двух конденсирующихся паров и неконденсирующегося газаносителя.2.Получениетемпературы,замкнутойсоставаисистемыразмерауравненийбинарнойдлякапли,нахождениярастущейилииспаряющейся в диффузионном и свободно-молекулярном режимах вквазистационарных условиях.3. Вывод соотношений для стационарных значений температуры искорости роста радиуса капли, а также для ее стационарного состава припроизвольном числе компонентов в системе.4.
Вывод замкнутой системы взаимосвязанных нестационарныхуравнений,описывающихэволюциюсвободноподвешенной сферической каплимногокомпонентнойнеидеальногорастворапринеизотермической конденсации или испарении в диффузионном режиме припроизвольных начальных условиях (начальных размере, температуре каплии концентрациях компонентов).5. Результаты численного исследования влияния пересыщений исвойств конденсирующихся компонентов на температуру капли, состав ирадиус для реальных бинарных и трехкомпонентной систем. Анализ10возникновения немонотонности изменения радиуса капли как функциивремени при конденсации и испарении бинарной капли.Достоверностьиспользованиемполученныхапробированныхрезультатовметодовопределяетсястатистическойфизики.Результаты исследования, проведенного в диссертации, опубликованы введущих рецензируемых журналах, докладывались на российских имеждународныхконференциях.самосогласованность,авТакжепредельныхрасчетыслучаях-проверялисьнасовпадениенасклассическими и ранее полученными результатами других авторов.Апробация работы.
Результаты и положения работы докладывались иобсуждались на следующих научных конференциях и школах: «1st Int.Workshop on Wetting and evaporation: droplets of pure and complex fluids»(Marseilles, France, 2013) , «18th Research Workshop Nucleation Theory andApplications» (Dubna, Russia, 2014), «School on Hands-On Research in ComplexSystems» (Trieste, Italy, 2014), «The 27 European Symposium on AppliedThermodynamics» (Abstracts of «The 27 European Symposium on AppliedThermodynamics», Eindhoven, Netherlands, 2014), «2014 International AerosolConference» (Abstracts of «2014 International Aerosol Conference», Bexco,Busan, Korea, 2014).Список публикаций по теме диссертации. По теме диссертацииопубликовано 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и входящих в11базы данных РИНЦ, Web of Science и Scopus, а также тезисы доклада намеждународной конференции:1)эволюцииА.Е.Кучма,А.К.Щекин,многокомпонентнойА.А.Лезова,капливД.С.Мартюкова,процессеОбнеизотермическогодиффузионного роста или испарения // Коллоидный журнал, 2014.
– Т. 76(5),стр. 626–6342)A.E.Kuchma, D.S.Martyukova, A.A.Lezova, A.K.Shchekin, Size,temperature and composition of a spherical droplet as a function of time at thetransient stage of nonisothermal binary condensation or evaporation // Colloids andSurfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2013. – V. 432.
P. 147-1563)Д.С.Мартюкова, А.Е.Кучма, А.К.Щекин, Динамика измененияразмера и состава бинарной капли в атмосфере двух конденсирующихсяпаров и пассивного газа при произвольных начальных условиях //Коллоидный журнал, 2013. – Т. 75(5), стр. 625-6234)A.E.Kuchma,D.S.Martyukova,A.A.Lezova,A.K.Shchekin,Simultaneous changing size, composition and temperature of droplet atnonisothermal binary condensation or evaporation // Abstracts of «1st Int.Workshop on Wetting and evaporation: droplets of pure and complex fluids»,2013, Marseilles, France, P. 120-121.Личныйвкладавтора.Всеосновныерезультатыполученысоискателем лично, либо при его прямом участии в неразделимомсоавторстве.12Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав,заключения и списка литературы из 49 наименований.
Работа изложена на117 страницах и содержит 24 рисунка.Глава 1 посвящена рассмотрению случая изотермического роста илииспарения бинарной капли идеального раствора. В этой главе полученыуравнения, описывающие изменение радиуса капли и концентрацийкомпонентов внутри капли как функций времени. Также в главе 1 найденыаналитические формулы для нахождения размера и состава бинарной капли взависимости от времени. Получены явные выражения для стационарныхзначений концентраций компонентов и скорости роста радиуса капли. Напримере двух конденсирующихся паров – серной кислоты и водыисследованы различные режимы роста или испарения капли в зависимости отстепени их пересыщения.
Для того, чтобы охватить произвольные начальныезначения концентрации компонентов, были рассмотрены две предельныеисходные концентрации, относящиеся к чистому первому и чистому второмукомпонентам в капле раствора. Выявлена возможность существеннонемонотонногороста капли при различных начальных условиях –изначально растущая капля в дальнейшем переходит к устойчивомуиспарению и, наоборот, испаряющая капля начинает устойчиво расти встационарном режиме.В главе 2 рассмотрен подход, позволяющий учесть изменениетемпературы бинарной капли при конденсации или испарении как в13диффузионном, так и в свободно-молекулярном режимах.
В этой главеисследуютсяквазистационарныеподстраиваетсяподусловия,изменениеприсоставакоторыхкапли,итемпературапренебрегаетсяперекрестными эффектами между молекулярными и тепловыми потоками. Вглаве 2 получена замкнутая система нелинейных уравнений, описывающихразмер, состав и температуру бинарной капли в рамках идеального раствора.Формулыдлянахождениястационарныхзначенийскоростироста,концентрации раствора и температуры капли записаны в явном виде и, как ив случае изотермической конденсации, полученные стационарные значенияне зависят от размера самой капли. Выход концентраций и температуры настационарные значения, а также монотонное и немонотонное изменениерадиуса капли численно проиллюстрированы в случае конденсации паровсерной кислоты и воды.В главе 3взаимосвязанныхвыведена полнаяуравнений,система замкнутыхописывающихэволюциюнелинейныхнеидеальноймногокомпонентной капли, растущей или испаряющейся в диффузионномрежиме при неизотермических условиях.
Число компонентов в системеможетбытьлюбым.Выведенысоотношениямеждулокальнымиплотностями молекулярных и тепловых потоков в диффузионном режиме,которые включают и взаимное влияние потоков друг на друга. Найденывыражения для массовой и средней молекулярной скорости теченияпарогазовой смеси, вызванного поглощением или испарением молекул14конденсирующихся компонентов. В предпоследнем параграфе главы 3представлена сокращенная система нестационарных уравнений для случаямалых концентраций паров компонентов по сравнению с концентрациейгаза-носителя.В главе 4 численно проиллюстрированы выход концентрацийкомпонентов в растворе и температуры капли на стационарные значения, атакже немонотонный рост радиуса капли на примере трех систем - этанол ивода; серная кислота и вода; серная кислота, азотная кислота и вода.
Дляпостроения описания были использованы физико-химические данные имодельные аппроксимации для давлений насыщенных паров, коэффициентовактивностей, среднего объема на одну молекулу в соответствующей системе.Для численного счета использовалось квазистационарное приближение длямолекулярных потоков конденсирующихся компонентов и возникающеготеплового потока без учета вкладов от стефановского течения, перекрестныхэффектов и теплового расширения в уравнениях переноса вещества и тепла впарогазовой среде, обоснованное в параграфе §3.3. Исследована зависимостьхарактера эволюции капли от степени пересыщения паров.В заключении суммируются основные результаты работы.15Глава 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
