Вплив іонізації в пиловому полум’ї частинок алюмінію на розподіл наночастинок Al₂O₃ за розмірами
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2025.63.347248Ключові слова:
пилове полум’я, мікрополум’я, наночастинки Al₂O₃, коагуляція, розподіл частинок за розмірами, термоемісійна плазма, комплексна плазма, заряд наночастинокАнотація
У цій роботі представлено результати теоретичних досліджень коагуляції як нейтрального, так і термічно іонізованого аерозолю, що утворюється в результаті згоряння мікродисперсних частинок алюмінію в пиловому полум’ї. Запропоновано математичну модель коагуляції частинок у термоемісійній та комплексній пиловій плазмі, що включає заряджені частинки Al₂O₃, електрони та іони газової фази. Заряд наночастинок був розрахований в наближенні обертально‑обмеженого руху (OML). Іонізаційна рівновага в плазмі визначалася спільним вирішенням рівнянь Саха для газової фази та рівняння заряджання частинок. Модель дозволила вивчити динаміку коагуляції наночастинок Al₂O₃. Показано, що заряд частинок суттєво впливає на характерний розмір частинок та ширину функції розподілу за розмірами. У термоемісійній плазмі виявлено значну залежність розмірів частинок і ширини розподілу від температури. Додавання карбонату калію в полум’я зменшило середній розмір частинок Al₂O₃. Збільшення концентрації іонізуючої добавки призводить до звуження розподілу частинок за розмірами, наближаючи його до монодисперсного. Отримані результати підкреслюють важливість врахування кулонівських взаємодій в іонізованій системі для адекватного опису процесів формування конденсованої фази продуктів горіння алюмінію в пилових полум’ях.
Посилання
V.E. Zarko, O.G. Glotov Formation of Al oxide particles in combustion of alu-
minized condensed systems (review) // Sci. Technol. Energ. Mater. – 2013. –
Vol. 74 (6). – P. 139–143.
Oleg G. Glotov, Vladimir E. Zarko Chapter Eleven - Formation of Nanosized
Products in Combustion of Metal Particles // Energetic Nanomaterials Synthesis,
Characterization, and Application. – 2016, P. 285-321.
Valery A. Babuk, Nikita L. Budnyi. Smoke oxide particles formation at the burn-
ing surface of condensed systems // Acta Astronautica. – 2019. – 158. 264–271.
V. Karasev, A. A. Onishchuk, S. A. Khromova, O. et al. Formation of Metal Oxide
Nanoparticles in Combustion of Titanium and Aluminum Droplets //Combust.,
Expl., Shock Waves. –2006. – 42 (6), 471–476.
D. A. Yagodnikov and E. I. Gusachenko, Experimental Study of the Disperse
Composition of Condensed Products of Aluminum-Particle Combustion in Air //
Combust., Expl., Shock Waves. – 2004. – 40 (2), 154–162.
A. N. Zolotko, Ya. I. Vovchuk, N. I. Poletayev, A. V. Florko, and I. S. Altman.
Synthesis of Nanooxides in Two-Phase Laminar Flames //Combust., Expl.,
Shock Waves. – 1996. – 32 (3), 262–269.
A. N. Zolotko, N. I. Poletaev, and Ya. I. Vovchuk. Gas-Disperse Synthesis of
Metal Oxide Particles // Combust., Expl., Shock Waves. – 2015. – 51 (2), 252–
N. I. Poletaev, A. N. Zolotko, and Yu. A. Doroshenko. Degree of Dispersion of
Metal Combustion Products in a Laminar Dust Flame // Combust., Expl., Shock
Waves. – 2011. – 47 (2), 153-165.
N. I. Poletaev. Formation of Condensed Combustion Products in Metal Dust
Flames: Nucleation Stage // Combust., Expl., Shock Waves. – 2015. – 51 (3),
-312.
N. I. Poletaev. Formation of Condensed Combustion Products in Metal Dust
Flames: Coagulation Stage //Combust., Expl., Shock Waves. – 2015. – 51 (4),
–456.
N. I. Poletaev and Yu. A. Doroshenko Effect of Addition of Potassium Carbonate
to Aluminum Powder on the Grain Size of Al2O3 Nanoparticles Formed in the
Laminar Dusty Flame // Combust., Expl., Shock Waves. – 2013. – 49 (1), P. 26–
Poletaev N.I., Khlebnikova M.E. Coagulation of the Ionized Combustion Prod-
ucts in a Dust Flame of Aluminum Particles // Journal of Chemistry. – 2019.
Article ID 4753910.
B. M. Smirnov, Cluster Plasma // Usp. Fiz. Nauk. – 2000. – 170 (5), 495–534.
Alexander M. Savel’ev and Dmitriy A. Yagodnikov Mechanism of Electric Charg-
ing of Aluminum Oxide Particles When Burning Solid Fuels // Journal of Pro-
pulsion and Power,2022, 38:5, pp. 771–782
Xiong, Y., Pratsinis, S. E., & Mastrangelo, S. V. The effect of ionic additives on
aerosol coagulation // Journal of colloid and interface science. – 1992. – 153(1),
–117.
J.A. Doroshenko, N.I. Poletaev, V.I. Vishnyakov. Dispersion of dust sizes in the
plasma of aluminum dust flame // Phys. Plasmas. – 2009. – 16, 094504.
M. J. Hounslow, R. L. Ryall, V. R. Marshall. A discretized population balance for
nucleation, growth, and aggregation // AIChE Journal. 1988. – V. 34, Issue11. –
P. 1821-1832.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
