Електрообмін в системі конденсована дисперсна фаза і нагріта частка титану

Анотація

Представлені результати досліджень частинок титану з розміром 10 - 100 мкм, нагрітих вище температури плавлення, у повітрі. Наведено схему і фотографії експериментальної установки, яка складається з генератора нагрітих частинок титану, блоку температурних вимірювань, що включає в себе фотоелектричний датчик температури рухомих частинок, блоку вимірювання електричного заряду, що складається з вертикальних плоских паралельних заряджених металевих пластин, блоку вимірювання швидкості руху частинок. Експериментально показано, що навколо таких частинок утворюється конденсована дисперсна фаза - к-фаза - яка при русі частинок в повітряному середовищі складається з наночастинок оксидів титану. Результати дослідження конденсованої дисперсної фази методом електронної мікроскопії показали, що розмір часток конденсованої дисперсної фази знаходиться в межах 5 - 100 нм і залежить від початкових умов. Наведено теоретичні розрахунки, що визначають електрообмін в системі нагріта сферична частка і оточуюча її конденсована дисперсна фаза, які показали збіг з експериментальними даними в межах похибки вимірювань, а заряд частинок виявився порядку сотень тисяч - мільйону зарядів електрона. Теоретичне дослідження кінетики термоемісійної зарядки частинок титану показало, що час накопичення 95% рівноважного заряду частинки при температурах 3000 - 2200 К відповідно складав 14 нс - 33 мкс. При температурі 2000 К час накопичення 85% рівноважного заряду складав 240 мкс. При температурі 1400 К час накопичення 91% рівноважного заряду тієї ж частинки становив 610 мкс. Проведені оцінки показали, що за час релаксації заряду для частки титану при температурі більшій, ніж 1400 К, час зарядки практично не змінюється. Це дозволяє вважати процес термоемісійної зарядки частинок у даних умовах квазістаціонарним. Отримані результати можуть бути використані в дослідженнях процесів електрообміну в аеродисперсних системах при високих температурах. Розвинена модель термоелектронної зарядки частинок дозволяє в подальшому використовувати її для моделювання поведінки к-фази поблизу нагрітих частинок, а також для інших цілей. Отримані результати показують задовільну відповідність між експериментальними і розрахованими значеннями заряду.