Роль теплового випромінювання і стефанівської течії в процесах високотемпературного тепломасообміну частинок з газом

16. Влияние стефановского течения на характеристики высокотемпературного тепломассообмена и самопроизвольного потухания металлической частицы / А. С. Черненко, В. В. Калинчак, В. В. Захаров, С. А. Булышкин // Труды пятой Российской национальной конференции по теплообмену: в 8 томах. Том 3. Свободная конференция. Тепломассообмен при химических превращениях. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - С. 323-326.

17. Нестационарный теплообмен металлической частицы с газом / К. В. Билинская, В. В. Калинчак, А. С. Черненко, Ю. В. Коротнян // Труды пятой Российской национальной конференции по теплообмену: в 8 томах. Том 5. Двухфазные течения. Дисперсные потоки и пористые среды. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - С. 131-133.

18. Черненко А. С. Высокотемпературные и гистерезисные режимы термохимических сенсоров / А. С. Черненко, В. В. Калинчак, А. Н. Сафронков // Сенсорная электроника и микросистемные технологии: тезисы докладов 3-й международной научно-технической конференции. - Одесса, Украина. - С. 74.

19. О периоде индукции зажигания горючих газов на проволоках и частицах катализатора / В. В. Калинчак, А. С. Черненко, А. Н. Софронков, А. А. Мойса // Дисперсные системы: тезисы докладов ХХIII научной конференции стран СНГ. - Одесса: Астропринт. - 2008. - С. 188.

20. Черненко А. С. Влияние начальной температуры химически активной частицы на критические условия теплообмена и период индукции гетерогенного воспламенения / А. С. Черненко, В. В. Калинчак, К. Ю. Каракис // Ломоносовские чтения 2007: материалы международной научной конференции. - Севастополь, 2007. - С.166-167.

21. Влияние параллельных реакций на нижний и верхний пределы высокотемпературного тепломассообмена и кинетики химических частиц с газами / В. В. Калинчак, А. С. Черненко, К. И. Семенов, А. В. Щербаков // Дисперсные системы: тезисы докладов XXII научной конференции стран СНГ. - Одесса, Украина. - 2006. - С. 168-169.

22. Критические условия воспламенения частиц при учете теплопотерь излучением с холодными стенками / В. В. Калинчак, А. С. Черненко, А. В. Затовский, С. Г. Орловская, Н. Н. Копыт // Дисперсные системы: тезисы докладов ХХІ научной конференции стран СНГ. - Одесса, Украина. - 2004. - С.157-158.

АНОТАЦІЯ

Черненко О. С. Роль теплового випромінювання і стефанівської течії в процесах високотемпературного тепло масообміну частинок з газом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.14 - Теплофізика та молекулярна фізика. - Одеський національний університет імені І.І. Мечникова, Одеса, 2011.

Дисертаційна робота присвячена проведенню наукового аналізу ролі теплового випромінювання, стефанівської течії та паралельних хімічних реакцій в процесах самозаймання, запалення, високотемпературного окислення і самовільного погасання сферичних частинок в азотно-кисневих сумішах при протіканні на її поверхні фазових та хімічних перетворень. Встановлено і експериментально доведено, що тепловтрати на випромінювання призводять до появи верхньої межі області запалення по діаметру в азотно-кисневих сумішах кімнатної температури, умову існування якої отримано аналітично. Показано, що для аналітичного визначення критичного значення початкової температури застосовується залежність режимного параметру (температура газу, концентрація окисника, діаметр частинки) від стаціонарної температури. Обґрунтована можливість застосування умови рівності часової похідної температури частинки нулю в початковий момент часу для оцінки умов запалювання металевих частинок, покритих конденсованим оксидом.

Проаналізований вплив початкових умов (температура і діаметр частинки) на її характеристики високотемпературного тепломасообміну і самовільного погасання. Запропоновано метод отримання монодисперсних вуглецевих частинок з попередньо взятих полідисперсних. Вказано на суттєву роль стефанівської течії при аналізі характеристик високотемпературного тепломасообміну та самовільного погасання вуглецевих і металевих частинок на відміну від критичних умов запалення. З врахуванням стефанівської течії отримані наближені вирази для швидкостей окислення і випаровування летючого металу, що дозволяє проаналізувати взаємовплив цих процесів.

В аналітичному виді визначені дві межі самозаймання частинки в нагріто-

му газі, а також умови їх спостерігання, при наявності тепловтрат на випромінювання до холодних стінок реакційної установки.

Ключові слова: теплове випромінювання, стефанівська течія, гістерезис, початкова температура, самозаймання, запалювання, самовільне погасання, сферична частинка вуглецю та металу.

Черненко А. С. Роль теплового излучения и стефановского течения в процессах высокотемпературного тепломассообмена частиц с газом. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.14 - Теплофизика и молекулярная физика. - Одесский национальный университет имени И.И. Мечникова, Одесса, 2011.

Диссертационная работа посвящена проведению научного анализа роли теплового излучения, стефановского течения и параллельных химических реакций в процессах самовоспламенения, зажигания, высокотемпературного окисления и самопроизвольного погасания сферических частиц в азотно-кислородных смесях при протекании на ее поверхности фазовых и химических превращений. Установлено и экспериментально доказано, что теплопотери на излучение приводят к появлению верхнего предела области зажигания по диаметру в азотно-кислородных смесях комнатной температуры, условие существования которой получено аналитически. Показано, что для аналитического определения критического значения начальной температуры применяется зависимость режимного параметра (температура газа, концентрация окислителя, диаметр частицы) от стационарной температуры. Обоснована возможность применения условия равенства временной производной температуры частицы нулю в начальный момент времени для оценки условий зажигания металлических частиц, покрытых конденсированным оксидом.

Проанализировано влияние начальных условий (температура и диаметр частицы) на ее характеристики высокотемпературного тепломассообмена и самопроизвольного погасания. Предложен метод получения монодисперсных углеродных частиц из предварительно взятых полидисперсных. Указано на существенную роль стефановского течения при анализе характеристик высокотемпературного тепломассообмена и самовольного погасания углеродных и металлических частиц в отличие от критических условий зажигания. С учетом стефановского течения получены приближенные выражения для скоростей окисления и испарения летучего металла, что позволяет проанализировать взаимовлияние этих процессов.

В аналитическом виде определены два предела самовоспламенения частицы в нагретом газе, а также условия их наблюдения, при наличии теплопотерь на излучение к холодным стенкам реакционной установки.

Ключевые слова: тепловое излучение, стефановское течение, гистерезис, начальная температура, самовоспламенение, зажигание, самопроизвольное погасание, сферическая частица углерода и металла.

Chernenko A. S. The role of thermal radiation and the Stefan flow during high heat and mass transfer of particles from gas. - Manuscript.

Thesis for degree of candidate (PhD) of physical and mathematical sciences, specialty 01.04.14 - Thermophysics and molecular physics. - I. I. Mechnikov's Odessa National University, Odessa, 2011.

The topic of the thesis is scientific analysis of the role of thermal radiation, Stefan flow and parallel chemical reactions in the processes of ignition, high temperature oxidation and spontaneous extinction of spherical particles in a nitrogen-oxygen mixtures, at phase and chemical transformations happening on the surface of particles. It is established and experimentally confirmed that the heat loss by radiation leads to appearance of the upper limit of the area of ignition diameters for nitrogen-oxygen mixtures at room-level temperature; the condition of existence of such area was produced analytically. It is shown that the dependence of regime parameters (temperature of the gas, concentration of the oxidizer, diameter of the particle) on the stationary temperature is used for analytical determination of the critical value of initial temperature. The possibility of use of condition of the time derivative of particle temperature to be equal to zero at the initial moment of time is justified, in order to estimate the conditions of ignition of metallic particles coated with condensed oxide.

An influence of initial conditions (temperature and diameter of a particle) on characteristics of its high temperature heat and mass exchange and spontaneous extinction is analyzed. A method to produce monodisperse carbon particles from the pre-made polydisperse ones is proposed. The important role of Stefan flow at analysis of characteristics of high temperature heat and mass exchange and spontaneous extinction of carbon and metallic particles (in contrast to the critical conditions of ignition) is specially noted. Approximate formulas for the rates of oxidation and evaporation of a volatile metal are produced at consideration of the Stefan flow, that allows to analyze the interaction of these processes.

Two limits of self-ignition of the particle in a heated gas as well as conditions to observe them at the presence of heat loss by radiation to the cold walls of the reaction chamber are determined in analytical form.

Keywords: thermal radiation, Stefan flow, hysteresis, initial temperature, self-ignition, ignition, self-extinction, spherical particles of carbon and metal.

Размещено на Allbest.ru