![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Термодинамічна причина агломерації заряджених димових часток у плазмі ⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3
Одним з різновидів колективних процесів у димовій плазмі є агломерація часток, що веде до укрупнення конденсованої фази. Як слідує з експериментів агломерація часток відбувається на різних ділянках факела металізованих зразків, а також при горінні одиночних часток металу в повітрі. Класичні представлення про взаємодію конденсованих часток у плазмі, засновані на їхній електростатичній взаємодії не дозволяють пояснити ці явища і тому були розвинуті представлення про дальнодіючу взаємодію часток у плазмі. Частки конденсованої дисперсної фази, що утворяться в плазмі продуктів згорання металізованих палив, як правило, містять агломерати часток субмікронної фракції (рис. 23). Причинами агломерації часток є зіткнення в результаті хаотичного руху, чи дрейфу в електричному полі, а також гравітаційна взаємодія.
Рис. 23. Агломерат часток оксиду алюмінію, утворений у плазмі продуктів згорання.
Розглянемо плазму з конденсованими частками радіусом Нехай розподіл потенціалу
де Дослідження цього рівняння показує, що електричне збурювання, викликане зарядом частки, цілком зосереджено в шарі не більш Тоді усі вільні частки вносять у плазму сумарне збурювання в об’ємі
де Коли частки поєднуються в агломерат, електричні збурювання кожної частки зосереджені усередині агломерату. Плазму збурює тільки потенціал зовнішнього шару агломерату (рис.24). Тому характерний обсяг збурювання плазми від агломерату дорівнює:
де
а б Рис. 24. Збурювання, внесені в плазму окремими частками (а) і агломератом (б).
З виражень (12.1) і (12.2) видно, що коли Вільна енергія плазми залежить від загального об’єму збурювань, внесених частками. Кількість можливих станів електронів і іонів плазми тим більше, чим менше внесені частками збурювання. Якщо частки зближаються на відстань, менше 4 D, сумарний об'єм збурювань зменшується, відповідно зменшується вільна енергія плазми. Запишемо вільну енергію компонентів плазми у вигляді:
де
Ступінь іонізації плазми настільки мала ( Незбурена плазма займає об'єм
де Вільна енергія підсистеми часток залежить не тільки від займаного ними об'єму, але і від взаємодії часток між собою
Енергія взаємодії часток в агломераті визначається роботою електричних сил, що необхідна для переміщення часток з деякої існуючої конфігурації на відстань 4 D. Комп'ютерне моделювання показує, що досить врахувати вплив 12 найближчих сусідів:
де Для визначення зміни вільної енергії в залежності від відстані між частками
На рис. 25 представлена залежність вільної енергії від відстані між частками для плазми з наступними параметрами: загальна концентрація іонів і атомів концентрація часток радіус часток температура потенціал іонізації атомів робота виходу електрона з частки
Рис. 25. Залежність зміни вільної енергії плазми з конденсованою фазою від відстані між частками. З графіка видно, що відстань між поверхнями часток близько 1, 5 мкм відповідає мінімуму вільної енергії плазми з конденсованою фазою, тобто рівноважному стану системи. Це погодиться з експериментальними даними, приведеними на рис. 26. На мікрофотографії проби конденсованої фази, відібрані шляхом осадження на підкладку продуктів згорання при короткочасному прострілі в заданій ділянці факела. Конденсована фаза представлена трьома фракціями часток оксиду алюмінію з максимумами: 0, 02; 0, 5 і 2 мкм. Концентрація вільних електронів досягала величини порядку 1020 м-3 за рахунок введення атомів калію і цезію в газову фазу. Як видно, має місце упорядкований розподіл дрібних часток в околиці більш великої.
Рис. 26. Мікрофотографія проби конденсованої фази, відібрана в продуктах згорання.
Рис. 27. Радіальна функція розподілу з урахуванням парних взаємодій часток розміром < 0, 1 мкм. На рис. 27 представлена радіальна функція розподілу Таким чином, прагнення часток до агломерації відповідає прагненню пилової плазми до стану рівноваги. Відзначимо, що незаряджені частки в плазмі, імовірно будуть розподілені рівномірно, тому що вони не вносять у плазму збурювань, що перевищують їхній розмір. З іншого боку, радіальна функція розподілу часток свідчить про наявність дальнодіючої взаємодії заряджених часток неелектричного походження.
|