Теория термодиффузиофореза аэрозольных частиц при прямом влиянии коэффициента испарения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат физико-математических наук Яламов, Георгий Юрьевич

• Яламов, Георгий Юрьевич
• кандидат физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Яламов, Георгий Юрьевич

Введение.

Глава 1. Теория термофореза крупной летучей высоковязкой аэрозольной частицы с прямым учетом коэффициента испарения ее жидкости

1.1 Введение.И

1.2 Постановка задачи о термофорезе крупных летучих высоковязких сферических аэрозольных частиц.

1.3 Вывод формул для скорости термофореза крупной летучей высоковязкой сферической капли.

1.4 Анализ полученных результатов.

Глава 2. Диффузиофорез аэрозольных частиц с прямым учетом влияния коэффициента испарения составляющей их жидкости и внутренних течений

2.1 Введение.

2.2 Постановка задачи о диффузиофорезе крупных летучих сферических аэрозольных частиц.

2.3 Вывод формул для скорости диффузиофореза крупной сферической летучей капли.

2.4 Анализ полученных результатов.

Глава 3. Термофорез крупной двухслойной высоковязкой летучей капли с прямым учётом влияния коэффициента испарения (конденсации) её жидкости

3.1 Введение.

3.2 Постановка задачи о термофорезе крупной двухслойной летучей сферической капли.

3.3 Вывод формул для скорости термофореза крупной двухслойной сферической летучей капли.

Глава 4. Термодиффузиофоретический захват крупных летучих аэрозольных частиц растущими или испаряющимися атмосферными каплями

4.1 Введение.

4.2 Постановка задачи.

4.3 Вычисление времени полной очистки объёма Уот аэрозольных частиц.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теория термодиффузиофореза аэрозольных частиц при прямом влиянии коэффициента испарения»

Актуальность темы. В последние годы все большее значение приобретают исследования, цель которых состоит во всестороннем изучении физических и динамических свойств аэрозолей и создании на этой основе математических моделей, позволяющих оценивать поведение аэродисперсных систем. Интерес, проявляемый к этим исследованиям, не случаен. В связи с интенсификацией производства с каждым годом увеличивается выброс в атмосферу вместе с промышленными дымами аэрозольных частиц. Все более широкое применение находят аэрозоли в технике, сельском хозяйстве, медицине, быту.

Эволюцию аэрозольных систем нельзя прогнозировать, не зная их микрофизических свойств и закономерностей их поведения. От физических процессов, происходящих на поверхности частиц, их размеров, температуры и скорости движения зависят распределение в аэрозоле температуры, концентраций газообразных компонентов и частиц, оптические и динамические свойства аэрозоля.

Особое значение в последнее десятилетие приобрело исследование состояния атмосферы нашей планеты в связи с усиливающимся загрязнением её авиационной и ракетной техникой. В средних и высших слоях атмосферы появилось огромное количество продуктов сгорания топлив в виде высокодисперсных аэрозольных частиц.

Однако исследователи обнаружили, что в ряде случаев атмосфера сохраняет способность к самоочищению за счёт облачных капель, скапливающихся при конденсации воды на взвешенных в облаках аэрозольных частицах. Оказывается, что в окрестности достаточно крупных капель в облаках при их испарении или росте в объёме, окружающем каплю, может происходить процесс захвата взвешенных вокруг них аэрозольных частиц. Процессы вымывания аэрозольных твёрдых и жидких частиц каплями может происходить не только в атмосферных облаках и туманах, но и в потоках газа или жидкости, проходящих через различные очистные сооружения. При этом для математического описания физических процессов, протекающих в объёмах, содержащих капли и взвешенные аэрозольные частицы необходима строгая теория, описывающая физические процессы движения аэрозольных частиц в температурных и концентрационных полях. Существенный вклад в построение теории захвата аэрозольных частиц каплей внесли ряд отечественных и зарубежных исследователей: Н.А.Фукс, В.М.Волощук, Ю.П.Гупало, L.Facy, F.Prodi, H.Pruppacher, Б.В.Дерягин и др. Однако, в работах этих авторов не учитывалось влияние коэффициента испарения жидкости аэрозольных частиц на протекающие в объёмах процессы.

Для построения более общей теории захвата крупными каплями аэрозольных частиц, учитывающей влияние коэффициента испарения жидкости аэрозольных частиц, необходимо сначала изучить его влияние на движение жидких аэрозольных частиц, а затем учесть это обстоятельство при вычислении времени очистки объёмов аэрозольных частиц, окружающих каплю.

Цель работы. Целью диссертационной работы являлось: 1) Построение теории термофореза крупной высоковязкой жидкой однокомпонентной капли, на поверхности которой имеет место фазовый переход жидкости, из которой состоит капля. При этом учитывается влияние коэффициента испарения а жидкости капли на поток вещества капли через её поверхность. В теории термофореза предполагается слабое влияние внутренних течений.

2) Построение теории диффузиофореза крупной летучей однокомпонентной капли с учетом внутренних течений в ней и влиянием на процесс коэффициента испарения жидкости аэрозольных частиц.

3) Построение теории термофореза крупной летучей двухслойной высоковязкой аэрозольной частицы с внутренним сферическим ядром с учетом влияния на скорость движения коэффициента испарения жидкости частицы.

4) На основе теорий, построенных в первой и второй главах диссертации для термофореза и диффузиофореза аэрозольных частиц, получить аналитическое выражение для времени полной очистки заданного объёма газа, окружающего крупную аэрозольную каплю, от взвешенных в этом объёме аэрозольных частиц.

Научная новизна выносимых на защиту основных результатов работы состоит в том, что в ней впервые получены формулы для скоростей термодиффузиофореза крупных летучих однокомпонентных аэрозольных капель с учётом влияния коэффициента испарения жидкости из которой они состоят, а также проведён анализ влияния коэффициента испарения на время полной очистки заданного объёма в облаках от отмеченных аэрозольных частиц, окружающих существенно более крупную облачную каплю.

Научная и практическая ценность работы. Полученные результаты являются дальнейшим развитием физики аэродисперсных систем в приложении к движению сферических летучих аэрозольных частиц. В диссертации показано: а) Существенное влияние коэффициента испарения жидкости аэрозольных капель на их скорости термофореза и диффузиофореза. б) Наличие твёрдого ядра в жидкой сферической аэрозольной частице может оказывать существенное влияние на её скорость наряду с коэффициентом испарения жидкости капли. в) Время полной очистки заданного объёма от летучих аэрозольных частиц, окружающих облачную каплю, весьма чувствительно к значению коэффициента испарения жидкости аэрозольных частиц.

Полученные в диссертации формулы представляют большой интерес для специалистов, занимающихся исследованием аэродисперсных систем и проектированием приборов и установок необходимых для очистки газовых потоков от аэрозольных примесей.

Основные положения выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:

1) Теория движения крупных летучих однокомпонентных высоковязких капель в неоднородных по температуре бинарных газовых смесях с прямым учётом коэффициента испарения жидкости капли и возможным учётом наличия в центре капли твёрдого сферического ядра.

2) Теория движения крупных летучих однокомпонентных капель в неоднородных по концентрациям бинарных газовых смесях с прямым учётом коэффициента испарения жидкости капли и внутренних течений в отсутствии твёрдого сферического ядра.

3) Формулы для времени полного захвата заданного объёма от крупных летучих аэрозольных частиц, окружающих облачную каплю.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на V Международном конгрессе по математическому моделированию (Дубна, 2002) и XXII Межведомственной научно-технической конференции «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем» (Серпухов,

2003), а также на семинарах кафедры информатики и математики МГОГТУ им. М.А. Шолохова.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы. Материал изложен на 100 страницах машинописного текста, включая б рисунков.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Яламов, Георгий Юрьевич

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Яламов Г.Ю. О влиянии коэффициента испарения жидкости на диффузиофорез состоящих из неё высокотеплопроводных крупных летучих аэрозольных частиц. //Актуальные проблемы физики и механики аэродисперсных систем/ МОПИ им.Н.К.Крупской. М. 1989. С.128-140.

2. Yalamov G.Yu. About of the influence of the Coefficient of evaporation on the Diffusiophoreses of large volatile aerosole Particles.// Тезисы Докл. V Международного конгресса по математическому моделированию. Дубна. 2002.

3. Яламов Г.Ю. К теории термофореза крупных летучих капель.//Москва. 2002. 13 с. Деп. в ВИНИТИ, №1809-В2002.

4. Яламов Г.Ю. Теория диффузиофореза крупных аэрозольных капель с учётом влияния коэффициента испарения (прилипания) и внутренних течений.//Вестник МГОУ Серия «Физика, химия, география»/ МГОУ. М. 2003, №1, С.19-25.

5. Яламов Г.Ю. Теория термофореза крупных высоковязких аэрозольных капель с прямым учётом влияния коэффициента испарения. //Вестник МГОУ Серия «Физика, химия, география»/МГОУ. М. 2003, №1, С.26-31.

6. Яламов Г.Ю. Влияние коэффициента испарения аэрозольной капли на её движение в бинарной неизотермической газовой смеси // Сб. трудов XXII Межведомственной научно-технической конференции «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем». Серпухов. 2003. С.329.

7. Яламов Г.Ю. Особенности диффузиофореза аэрозольных капель с учётом влияния коэффициента испарения (прилипания) и внутренних течений. // ИФЖ. 2004. Т.77, №1. С.135-140.

8. Яламов Г.Ю. О влиянии на скорость диффузиофореза крупной летучей капли коэффициента испарения и её размера.// ЖТФ. 2004. Т.74, Вып.2.С.41-45.

9. Яламов Г.Ю. Теория движения крупной двухслойной высоковязкой летучей капли с учётом влияния коэффициента испарения (конденсации) её жидкости. // Вестник МГОУ Серия «Естественные науки» /МГОУ. М. 2004, №1-2, С.43-48.

10. Яламов Г.Ю. Теория термофореза двухслойной крупной высоковязкой летучей аэрозольной частицы с прямым учетом коэффициента испарения жидкости, испытывающей фазовый переход на ее поверхности. // Москва. 2005. 13 с. Деп. в ВИНИТИ, №166-В2005.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Яламов, Георгий Юрьевич, 2005 год

1. Epstein P.S. Zur Theorie des Radiometers. // Z. Physik, 1929, Bd 54, №4, s.s.537-563.

2. Brock J.R. The Thermal Force in the Transition Region // J.Colloid and Interface Sci., 1967, vol. 23, p.p.448-452.

3. B.V.Deriaguin, Yu.I.Yalamov, The Theory of Thermophoresis and Diffusiophoresis of Aerosol Particles and Their Experimental Testing// International Reviews in Aerosol Physics and

4. Chemistry. 1972, vol.3, Part 2, Pergamon Press, p.p. 1-2000, Oxford New York - Toronto - Sydney - Braunschweig.

5. Яламов Ю.И., Барсегян O.A., Галоян B.C. Гидродинамическая теория переноса нелетучих аэрозольных частиц в неоднородной по температуре и концентрации бинарной газовой смеси. //ЖФХ, 1973, т.47, №10, С. 2722.

6. Яламов Ю.И., Санасарян А.С. Термофорез жидких капель в вязких средах. // ЖФХ, 1974, т.48, №12, с.с.3059-3062.

7. Яламов Ю.И., Санасарян А.С. Движение капель в неоднородной по температуре вязкой среде. // ИФЖ, 1975, Т.28.,№б, С. 1061-1064.

8. Яламов Ю.И., Санасарян А.С. О движении крупных капель твёрдых частиц и газовых пузырьков в неоднородных по температуре газах и жидкостях в режиме со скольжением. // ЖТФ, 1975, Т.45, №10, С. 2152-2158.

9. Яламов Ю.И., Галоян B.C. Динамика капель в неоднородных вязких средах. Ереван, Луйс, 1985, 207 с.

10. Яламов Ю.И., Лебедева А.Л. К вопросу о термофорезе крупных летучих однокомпонентных капель. // ИФЖ, 2000, Т.73, №6, С. 1306-1312.

11. Maxwell J.G. On Stresses in Rarefied Gases Arising from Inequalities of Temperature.// Philos. Trans. Roy. Soc., 1879.-vol.170.- №1.- P.P. 231-256.

12. Яламов Ю.И., Ивченко И.Н., Дерягин Б.В. Газокинетический расчет скорости скорости теплового скольжения вблизи твердой поверхности.// ДАН СССР, 1967,- Т. 177, № С. 74-76.

13. Ивченко И.Н., Яламов Ю.И. Тепловое скольжение неоднородно нагретого газа вдоль твёрдой плоской поверхности // Изв. АН СССР, серия МЖГ, 1969. №6. С. 5966.

14. Ивченко И.Н., Яламов Ю.И. Гидродинамический метод расчета скорости термофореза умеренно крупных нелетучих аэрозольных частиц.//ЖФХ. 1971. Т.45. №3. С.577-582.

15. Яламов Ю.И., Щукин Е.Р. Теория термофореза высокодисперсных летучих аэрозолей.// ЖФХ. 1973. №5.

16. Дерягин Б.В., Яламов Ю.И., Галоян B.C. Теория движения умеренно крупных летучих аэрозольных частиц в неоднородных газах.//ДАН СССР, 1971,- Т.201, №2, С.383-385.

17. Yu.I.Yalamov, B.V. Derjaguin and V.S. Galoian Theory of Thermoforezis of Volatile Aerosol Particles and Droplets of

18. Solution //J. Colloid and Interface Sci, 1971.- vol.77.- №4.-P.P.793-800.

19. Дерягин Б.В., Яламов Ю.И., Галоян B.C. Теория движения умеренно крупных летучих аэрозольных частиц // Колл. журн., 1971,-Т.ЗЗ, №4, С.509-513.

20. Яламов Ю.И., Щукин Е.Р. Теория термофореза испаряющихся капель//ЖФХ. 1971.Т.45. №10. С.2421-2424.

21. Яламов Ю.И., Аладжян В.М., Галоян B.C., Дерягин Б.В. Диффузиофорез летучих аэрозольных частиц в режиме со скольжением//ДАН СССР, 1972,-Т.206, №2, С.316-318.

22. Яламов Ю.И., Аладжян В.М., Галоян B.C. Диффузиофорез умеренно крупных летучих аэрозольных частиц с учетом скачка концентраций в пристенном слое //ЖФХ. 1973. Т.47.№7.С. 1672-1675.

23. Яламов Ю.И., Агванян Ю.М. Термофорез крупных жидких капель раствора в бинарной вязкой смеси при наличии фазового перехода на поверхности капель //ЖФХ. 1978. Т.52.№3. С. 579-583.

24. Агванян Ю.М., Яламов Ю.И. Теория движения капель растворов в неоднородных по температуре бинарных вязких средах//Физика аэродисперсных систем и физическаякинетика: Сборник/ МОПИ им. Н.К.Крупской. 1978, Вып. 2 М.,.С. 31-39.

25. Агванян Ю.М. Движение испаряющихся или растущих капель в перекрёстном поле градиентов температуры и концентраций // Физика аэродисперсных систем и физическая кинетика: Сборник/ МОПИ им. Н.К.Крупской. 1979, Вып. 3, М., С. 59-69.

26. Яламов Ю.И., Галоян B.C., Ханухова JI.B. К вопросу о термофорезе капель в бинарных газовых средах // ЖТФ. 1979. Т.49. №10. С. 2210-2213.

27. Яламов Ю.И., Аладжян В.М., Галоян B.C. О влиянии термодиффузии на скорости термопреципитации крупных летучих аэрозольных частиц//ЖФХ. 1974. Т.48. №2.

28. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть I, М.:Наука,1976, 583 с. илл.

29. Kramers Н.А., Kistemaker J. On the Slip of a Diffusing Gas-Mixture Along a Wall. // Physica, 1943, vol.10, N8, p.p.699-713.

30. Кучеров Р.Я. Диффцузионное скольжение и конвективная диффузия газа в капилярах. // ЖТФ, 1957, т.27, N9, С. 21582161.

31. Дпамов Ю.И., Ивченко И.Н., Дерягин Б.В. Расчёт скорости диффузионного скольжения бинарной газовой смеси. // ДАН СССР, 1968, т.180, С. 330-333.

32. Breton I.P. Interdiffusion of Gases Through Porous Media. Effect of Molecula Interaction // Phys. Fluids, 1969, vol.12, N10, p.p. 2019-2026.

33. Абрамов Ю.Ю., Гладуш Г.Г. Диффузионное и тепловое скольжение бинарной смеси газов.// ПМТФ, 1970, N4, С. 5155.

34. Ивченко И.Н., Яламов Ю.И. О диффузионном скольжении бинарной газовой смеси. // Изв. АН СССР, серия МЖГ, 1971, N4, С. 22-26.

35. Кочин Н.Е., Кибель И.А. и Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. М.: ГОСТЕХИЗДАТ, 1948, т.И, 612 с. илл.

36. Ландау Л.Д., Лифшиц Н.Е. Гидродинамика. М.: Наука, 1986, 733 с. илл.

37. Ламб Г. Гидродинамика. -М. Л.:Техиздат, 1947, 928 с.

38. Rowlinson I.S. The Equilibrum Properties of Assemblie of Non-Sferical Molecules. Trans Faradey Soc., 1954, vol.50, №7.

39. Тихонов A.H., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1966. 724 с.

40. Brock I . R. Forces on Aerosols in Gas Mixtures // J. Colloid Sci. 1963. Vol. 18,-6. P.P. 489-501.

41. Яламов Ю.И. Теория движения аэрозольных частиц в неоднородных газах — Докторская диссертация М., 1968.

42. Щукин Е.Р. Вопросы теории движения аэрозольных частиц (летучих и нелетучих) в газовых смесях в одновременном поле градиентов температуры и концентраций.- Кандидатская диссертация,-Калинин, 1974. С. 124-127.

43. Яламов Ю. И., Обухов Б. А. К теории диффузиофореза крупных нелетучих аэрозольных частиц //ЖТФ. 1979. Т. 42, №5, С. 1064-1068.

44. Яламов Ю. И., Обухов Б. А., Дерягин Б.В. О диффузиофорезе крупных нелетучих аэрозольных частиц // Докл. АН СССР. 1972. Т.207. №4. С.824-826.

45. Агванян Ю. М., Яламов Ю. И. К теории диффузиофореза "летучих" высокотеплопроводных сферических капель И Коллоид, журн. 1978. Т. 40, № 6, С. 1043-1047.

46. Варгафтик Н.Б., Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.; Наука, 1972, 720 с.

47. Штрауф ЕА. Курс физики, т.1, ч. 3, гл. 3, JI. 1961.

48. Телеснин Р.В. Молекулярная физика. Гл.10, М., 1973.

49. Татевосян A.M., Яламов Ю.И. Термофорез крупной двухслойной сферической частицы// Коллоид, журн. 1978. Т.40. №1. С. 88-91.

50. Kerker М. //J.Optical Soc.Amer, 1975, V.65. №4., P. 376.