Анотація до роботи:

Флорко І.О. „Роль випромінювання в процесах горіння газодисперсних системах” – Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.17 – хімічна фізика, фізика горіння і вибуху.- Одеський Національний університет

ім.. І.І. Мечникова, Одеса, 2004

Встановлена роль теплообміну випромінюванням в процесі горіння газодисперсних систем на різних рівнях від субмікронної частинки до щільного газозавісу таких частинок. Показано, що в процесі конденсації продуктів згорання на ранній стадії росту теплообмін здійснюється за рахунок зіткнення з молекулами газу. З часом роль випромінювання в теплообміні стає провідною. В цілому роль випромінювання, залежно від зовнішніх умов, окремо взятої частинки складає 50ч80%. Визначені оптичні і випромінювальні характеристики оксидів металів MgO, Al₂O₃ і сажі при температурах горіння. Визначено значення коефіцієнту акомодації енергії при температурах горіння. Виявлені особливості залежностей випромінювальних характеристик від довжини хвилі і температури, роду речовини ( провідник, напівпровідник), як для індивідуальних частинок (MgO, Al₂O₃ и сажи) так і для газозавису частинок продуктів горіння з різними оптичними щільностями. Запропоновано методику дослідження палаючих систем, яка заснована на перехідних процесах, що в них протікають.

1. Запропонована методика досліджень палаючих дисперсних систем, яка заснована на використанні перехідних процесів, що протікають в них, дозволила: 1) встановити температурну залежність величин факторів ефективності поглинання випромінювання субмікронними частинками, яку необхідно враховувати при описі переносу випромінювання в розсіюючих, поглинаючих і випромінюючих середовищах; 2) показати, що електронні і коливальні рівні молекул і атомів заселені у відповідності з розподілом Больцмана, що є обґрунтуванням для застосування використаних методик виміру температур.

2. Вперше встановлено, що в процесі зростання К-частинок роль механізмів теплообміну випромінюванням і за рахунок зіткнення молекул газу з К-частинками міняється в залежності від стадії їх росту і зовнішніх умов. На ранній стадії їх зростання енергія, що виділяється при конденсації, передається в оточуюче середовище виключно за рахунок зіткнення з молекулами газу. На момент часу, що складає приблизно 20ч30% від повного часу росту, внесок в теплообмін обох процесів зрівнюється. З часом роль випромінювання стає провідною і в кінці зростання доля теплообміну за рахунок зіткнення не перевищує 5 10%. Основна причина цих закономірностей пов'язана з прямою пропорційною залежністю емісійної здатності субмікронних частинок від їх розміру. В цілому роль випромінювання в загальному тепловому балансі зростаючих К-частинок з пониженням тиску від Р = 10⁵Па до Р = 210 ⁴Па зростає від 50% до 80%. При цьому, як було показано раніш в літературних джерелах, з пониженням тиску роль випромінювання в теплообміні полум’я палаючих частинок зменшується прямо пропорційно величині тиску.

3. Вперше визначено коефіцієнт акомодації енергії при температурах горіння: a_Е = 0,01 0,02, необхідний для коректного врахування теплообміну між конденсованою і газовою фазами за рахунок зіткнення.

4. Показано, що в УФ діапазоні довжин хвиль для вуглеводневого полум’я спостерігається різке зростання спектральної емісійної здатності із зменшенням довжини хвилі, що може бути пояснено за допомогою так званого розмірного ефекту, який раніш спостерігався для полум’я газозавісу металевих частинок.

5. Виміряно величини уявної частини показника заломлення у видимому і ближньому УФ діапазонах, які необхідні для розрахунку факторів ефективності поглинання. Показано, що на відміну від частинок оксидів металів, для яких розсіювання грає вирішальну роль в екстинкції випромінювання, для частинок сажі характерно, що ефективність розсіювання і поглинання можна порівнювати для довжин хвиль < 0,3 мкм, а на довжинах хвиль > 0,7 мкм поглинання випромінювання малими частинками є провідним. Ця відмінність пов’язана з тим, що уявна частина показника заломлення частинок сажі практично на 2 порядки величини перевищує як таку для частинок MgO і Al₂O₃ при температурах горіння.

6. В процесі зростання К-фази температура частинок різного розміру може відрізнятись від газової. Виходячи з отриманого нами значення коефіцієнту акомодації, ця відмінність може досягти 50 К. Таким чином, зона конденсації палаючої частинки уявляє із себе полідисперсну систему неізотермічних частинок. Проведенні числові експерименти, показали, що система сірих неізотермічних джерел у випадку малих оптичних щільностей, буде уявляти собою сіру систему, що дозволило обґрунтувати застосування полікольорового методу визначення температури в цьому випадку. Однак, для реальних палаючих систем з субмікронними частинками спектральна емісійна здатність у видимому діапазоні може залежати зворотно пропорційно від довжини хвилі, що необхідно враховувати при визначенні температури конденсованої фази.

7. Значення одержаних оптичних характеристик досліджених палаючих систем дозволяють розрахувати інтегральні і спектральні потоки випромінювання від палаючих газо дисперсних систем. Результати дослідження тонкої структури зони горіння вуглеводневих крапель і розроблена методика, що дозволяє проводити діагностику сажистого полум’я на вміст конденсованої фази, можуть бути використанні при розробці енергетичних установок. Запропонована методика дослідження дисперсних систем розширює можливості коректної безконтактної діагностики високотемпературних пламен з конденсованою фазою. Отримані дані про випромінювальні характеристики конденсованої фази є вхідною інформацією для аналізу і розрахунку радіаційних навантажень на стінки різних енергетичних установок і при розробці джерел випромінювання із заданими спектральними характеристиками. Проведені дослідження теплообміну субмікронних частинок в процесі їх конденсації можуть бути використані для цілеспрямованої організації технологічного процесу газодисперсного синтезу у хвилі горіння.

Публікації автора:

1. Сергиенко Т.А., Флорко И.А., Флорко А.В. Комплексный подход в исследовании химически реагирующих системах // Тепломассообмен ММФ-96. III Минский международный форум, 20-24 мая 1996. - T.3. - C.100-104.

2. Флорко И.А., Сергиенко Т.А., Флорко А.В. Формирование функции распределения конденсированных продуктов по размерам в волне горения // Тепломассообмен ММФ-96. III Минский международный форум, 20-24 мая 1996. - T.3 - C.187-191.

3. Сергиенко (Флорко) И.А., Флорко А.В., Шевчук В.Г. Особенности испускательных и поглощательных характеристик частиц сажи при температурах горения// Физика горения и взрыва.-2000 - T.36, №2 - C.33-39.

4. Сергиенко (Флорко) И.А., Полетаев Н.И., Флорко А.В. Использование нестационарности процессов горения при диагностике горящих объектов// Физика горения и взрыва. - 2001. - Т.37, №1 - С. 89-93.

5. Флорко И.А., Полетаев Н.И., Флорко А.В. Теплообмен излучением в горящих дисперсных системах// Физика аэродисперсных систем. - 2001.- Вып.38. - С.178-188.

6. Флорко И.А., Полетаев Н.И., Флорко А.В., Золотко А.Н. О теплообмене субмикронных частиц MgO в зоне горения одиночных частиц магния.// Физика горения и взрыва. - 2001 - Т.37, №5. - С.49-54.

7.Флорко И.А., Флорко А.В., Швец А.И. Влияние аппаратных искажений на результаты измерения температуры по абсолютной интенсивности резонансных линий// Физика аэродисперсных систем. - 2002 - Вып.39 - С.87-94.

8. Sergienko (Florko) I.A., Poletaev N.I., Florko A.V. The Radiative Properties of the Submicron Condensed Particles at High Temperatures.// International Conference dedicated to the memory of Prof. I. Z. Fisher. Spatial Problems in Physics of Liquids, Book Abstracts. - Odessa-Ukraine, May 31 - June 4, 1999. - P.125-126.

9. Полетаев Н.И., Флорко И.А., Флорко А.В. Роль излучения в теплообмене субмикронных частиц MgO в зоне горения одиночных частиц магния // “Дисперсные системы” XIX конференция стран СНГ, 25-29 сентября 2000 . - С.191-192.

10. Полетаев Н.И., Флорко И.А., Флорко А.В. Усовершенствованный полицветовой метод определения температуры газовзвеси субмикронных частиц// “Дисперсные системы” XIX конференция стран СНГ, 25-29 сентября 2000 . - С.153-154.

11. Florko I. A., Florko A. V., Poletaev N. I., Shevchuk V.G. Radiation exchange in burninig disperse systems// Energetic materials - Ignition, Combustion and Detonation, 32nd International ICT-Conference, 2001 July 3 - July 6, Karlsruhe, FRG. - P.123- 127.