Фізика аеродисперсних систем

Елементний склад частинок, що утворюються при зварюванні штучними електродами

С. А. Кіро — 2023-12-09

Методом рентгеноспектрального електронно-зондового мікроаналізу досліджено елементний склад респірабельних частинок зварювального аерозолю (ЗА), що утворюється зварюванні вуглецевих і низьколегованих сталей штучними електродами з рутиловим (АНО-4) і основним (УОНИ 13/45) типом покриття. У діапазоні аеродинамічного діаметра від 0,25 до 16 мкм усі частинки ЗА були розділені на три групи: з низьким (Fe≤20%), середнім (20%<Fe<40%) та високим (Fe≥40%) вмістом заліза. Кожна група містить різну кількість елементів, що походять зі зварювальних матеріалів, та відображає механізм її утворення. Їх відносний вміст у ЗА залежить від аеродинамічного діаметра частинок, типу покриття електродів і потужності дуги. Частинки із середнім вмістом заліза (агломерати нанорозмірних первинних частинок) становлять найчисленнішу групу (понад 70%) респірабельних частинок ЗА. Для кожного типу електродів їх середній елементний склад не залежить від розміру агломератів. Частинки з низьким вмістом заліза містять різні комбінації елементів з покриття електродів, і різноманітність комбінацій збільшується зі зростанням їх аеродинамічного діаметру. Ці частинки ЗА можна ідентифікувати як агрегати агломератів первинних частинок та мікробризок, що утворюються при дезінтеграції покриття електрода. Частинки ЗА з високим вмістом заліза утворюються внаслідок агрегації мікрокрапель розплавленого електродного металу та агломератів первинних нанорозмірних частинок. Вони здебільшого містять залізо (60–70%) та кисень (15–35%). Їх середній елементний склад не залежить від розміру агрегатів, типу електродного покриття і потужності дуги. Отримані результати можуть бути корисними для аналізу та оцінки ризиків для здоров'я зварників.

Імпрегнований волокнистий хемосорбент аміаку на основі лимонної кислоти. Прогнозування захисних характеристик

С. А. Кіро — 2023-12-09

Досліджено вплив відносної вологості (RH) газоповітряного середовища на хемосорбцію аміаку імпрегнованим волокнистим хемосорбентом (ІВХС), який одержували просоченням нетканого голкопробивного матеріалу з поліефірних волокон водним розчином лимонної кислоти з модифікаторами (гліцерин, хлорид натрію та етанол) для рівномірного розподілу хемосорбенту на поверхні волокон і підвищення адгезії до складу просочувального розчину. Показано, що вихідні криві проскоку аміаку через нерухомий шар ІВХС c_пр(t_пр) в координатах ln(c₀/с_пр -1), t_пр при всіх значеннях відносної вологості з достовірністю R² ≥ 0.95 апроксимуються прямими лініями і для кількісного опису системи аміак-ІВХС можна застосувати теоретичну модель Уїлера-Джонаса. Зіставленням експериментальних і теоретичних кривих с_пр(t_пр) в координатах ln(c₀/с_пр -1), t_пр визначено невідомі модельні параметри: константу швидкості хемосорбції і сорбційну ємність одиниці маси ІВХС та їх залежності від відносної вологості газоповітряного середовища (ГПС). Встановлено, що сорбційна ємність ІВХС лінійно зростає із збільшенням , а константа швидкості хемосорбції системиаміак-ІВХС не залежить від відносної вологості ГПС і складає 3600 хв^–1. Експериментально досліджено вплив відносної вологості ГПС і товщини шару на час захисної дії ІВХС щодо аміаку та обґрунтовано адекватність застосування моделі Уїлера-Джонаса для прогнозування ресурсу ІВХС для умов реального використання.

Випаровування крапель горючих рідин в електричному розряді

О. С. Черненко — 2023-12-09

Розглядається випаровування краплі рідин при дії високочастотного електричного розряду. Краплі підвішувалися на термопару і знаходилася в повітрі кімнатної температури. Аналіз проводився в припущенні, що дія розряду є тепловою. Показано, крапля чистого рідкого палива (етанол і дизельне паливо) випаровується згідно закону d². При цьому швидкість випаровування в залежності від відстані до електроду приймає максимальне значення. Аналіз швидкості зменшення маси краплі дозволило оцінити теплову потужність розряду, яка також при віддалені електроду від краплі проходить через максимум.

При випаровуванні крапель емульсії (з вмістом води до 50%) після стадії прогрівання спостерігаються пульсації геометричного розміру. Розмір краплі з певною частотою періодично змінюється поблизу деякого середнього значення, яке з часом «випаровування» зменшується.

Побудована фізико-математична модель розігріву краплі при тепловій дії розряду. Пульсації пояснюються випаровуванням глобул води всередині краплі емульсії, подальшим збільшенням розмірів парових бульбашок до виникнення «мікровибуху» краплі. Втрата матеріалу емульсії при дії електричного розряду відбувається в основному за рахунок викидів під час мікровибухів. Тобто електричний розряд приводить до диспергування крапель емульсій з великим вмістом води на відміну від крапель індивідуальних горючих рідин.

Зменшення вмісту води та потужності електричного розряду призводить до збільшення періоду пульсацій.

Деякі проблеми моделювання кавітаційної дегазації рідини. I. Акустична кавітація.

Г. К. Іваницький — 2023-12-09

В останні десятиліття широкого застосування набувають кавітаційні методи дегазації рідини, які сьогодні практично замінили в промисловості традиційні трудомісткі механічні та хімічні методи дегазації. Застосування кавітаційних методів базується на тому, що частина присутніх в рідині нейтральних газів знаходиться не в розчиненому стані, а у так званому «вільному» стані у складі великої кількості парогазових бульбашок, розмір яких вимірюється в масштабі мікро- та нанометрів. Природа стабільного довготривалого існування таких мікро-бульбашок, до цього часу не знайшла обґрунтованого пояснення і є предметом дискусії дослідників. Кавітаційні методи дегазації, як гідродинамічні так і акустичні, спрямовані саме на швидке видалення цих бульбашок з рідини разом з присутнім в них вільним газом. Перевагою застосування методів акустичної кавітації є можливість точного контролю частоти та інтенсивності ультразвуку, а також тривалості озвучування Методи акустичної дегазації базуються на двох механізмах: перехід розчиненого газу всередину пульсуючих бульбашок завдяки ефекту «спрямованої дифузії» та зближення і наступна коалесценція сусідніх бульбашок під дією сили Б’єркнеса. Як наслідок, зростаючі бульбашки швидко спливають і виходять з рідини разом вільним газом. В останні роки опубліковано велику кількість статей по комплексному дослідження процесів акустичної дегазації. На думку авторів цих публікацій механізм дегазації на мікроскопічному і все різноманіття динаміки бульбашок, в залежності від частоти та інтенсивності звуку, залишається поки що не зрозумілими.

В даній статті розглянуто основні проблеми моделювання процесів акустичної дегазації, які підтверджують відсутність загальноприйнятих чітких уявлень про фізичну природу і механізми кавітаційних явищ та загального підходу до аналізу отриманих результатів. В плані розвитку досліджень в цьому напрямку в статті також наводяться результати обчислювального експерименту по коалесценції пульсуючих бульбашок, проведеного авторами на основі створеної ними раніше моделі динаміки одиничної бульбашки. В результаті теоретичного дослідження одержано нову, невідому раніше інформацію про силову взаємодію пульсуючих бульбашок різного розміру, що можна розглядати як певний внесок в розуміння механізмів акустичної дегазації.

Вплив часу змішування на структуру та теплофізичні характеристики систем на основі поліетиленгліколю та органомодифікованого монтморилоніту

С. А. Білий — 2023-12-09

Використовуючи методи рентгеностурктурного аналізу та диференціальної сканувальної калориметрії було досліджено структуру та теплофізичні властивості полімерних нанокомпозитних систем на основі поліетиленгліколю та органомодифікованого монтморилоніту. З даних рентгеноструктурного аналізу було виявлено, що оптимальний ступінь розшарування монтморилоніту, що відповідає максимальній міжплощинній відстані настає за часу 3-5 хв. Подальше збільшення часу змішування не має суттєвого впливу на структурні характеристики нанокомпозиту. На основі калориметричних досліджень показано, що температури плавлення та склування, а також ступінь кристалічності набувають критичних значень при 3 хв обробки, після чого залишаються незмінними. Встановлено, що час змішування за допомогою екструдера є оптимальним. При цьому має місце максимальна інтеркаляція, що призводить до впливу на кінцеві функціональні характеристики системи полімер-органоглина.

Фізичне моделювання в технологіях водоочищення

О. І. Герасимов — 2023-12-09

В роботі вивчається вплив температурних змін (сезонного або кліматичного походження) на кінетику гравітаційного осаджування в технологіях очистки стічних вод.

Розглянуті моделі фізичних процесів, що супроводжують гравітаційне осадження дисперсних частинок у гідромеханічних відстійниках, в яких враховуються броунівський рух цих частинок, здатний, як виявляється, викликатїх коагуляцію. А коагуляція дозволяє перевести забруднюючі речовини у стан дисперсної фази із більшим розміром частинок.

В рамках розглянутої моделі встановлено, що час та швидкість осадження частинок у гравітаційних осаджувальних системах при зовнішних температурних змінах можуть помітно змінюватися. Відповідно може суттєво збільшуватися (при нагріванн зовні), чи зменьшуватися (при охолодженні) якість очистки в осаджувальній установці, яка працює на гравітаційному принципі.

Таким чином,необхідність врахування температурних змін на процеси гравітаційного осадження частинок в очищувальних спорудах є актуальною задачею.

В роботі зроблено висновок, що з метою удосконалення існуючих технологій очищення води в умовах перепаду зовнішніх умов (температури) для більш якісного її очищення доцільними є комбінації методів очищення. Зокрема, методу гравітаційного осадження та методу електрохімічного або електрофоретичного очищення, постадійного або сумісного процесів гідромеханічного осадження забруднюючих речовин, фільтрування або флотаційних процесів.

Мікро- та нанорозмірні кристали сульфіду цинку отримані методом високотемпературного синтезу, що самопоширюється

С. В. Козицький — 2023-12-09

В роботі наведені результати, які демонструють, як методом синтезу високотемпературного, що самопоширюється (СВС, англ. self-propagating high-temperature synthesis) можна отримувати кристали ZnS різних розмірів. Процес СВС можливий за рахунок екзотермічного реагуванні у системах з суміші порошків Zn та S, оскільки виділяється велика кількість тепла (ентальпія утворення, 202 кДж/моль).

Пресовані порошки Zn та S у стехіометричному співвідношенні поміщали в реактор, заповнений Ar або N до тиску P>0.5 МПа. Після ініціювання реакції запалюванням хімічна реакція поширюється по суміші компонентів і ми отримуємо зразок у вигляді зливка. Кристали ZnS з характерним розміром ~ 30 мкм отримані в традиційній твердофазній реакції СВС.

Після проходження хвилі горіння продовжується реагування компонентів паралельно з процесами кристалізації, що викликає утворення активного середовища, де відбуваються процеси самоорганізації. У ряді синтезованих зразків спостерігалися аномально великі кристали - «гігантські» довжиною ~ 1 мм і товщиною 0,1-0,2 мм і структури просторово правильної форми.Можна змінити розмір синтезованих кристалів сульфіду цинку за допомогою диспергатора NH₄Cl. При введенні 5 мас.% диспергатора монолітний зразок являє собою полікристалічний ZnS з характерним розміром зерна ~ 40 мкм, а при введенні 7 мас.% розмір зерна зменшився до 20 мкм. При подальшому збільшенні концентрації диспергатора до 10 мас. % синтезований матеріал ставав пухким, а характерний розмір зерен зменшувався до 5-10 мкм. При концентрації понад 10 мас. % утворився порошкоподібний ZnS.

Метод СВС дозволяє отримувати дрібнозернистий ZnS з розміром кристалітів 50¸100 нм (мезорозмірний) та 2¸50 нм (нанорозмірний) двома способами. Перший - полягає в конденсації пари речовини в розрідженій інертній атмосфері. При зміні величини тиску інертного газу в інтервал від 40 до 400 Па у процесі СВС відбувається вихід частини реагентів у вигляді пари з ампули в об’єм реактора. Частинки пара при зіткненні з атомами інертного газу швидко втрачають кінетичну енергію і утворюють частинки розмірами від 2 до 100 нм. Щоб сформувалися частинки потрібного розміру, необхідно підбирати тиск інертного газу в реакторі.

Другий спосіб отримання наночастинок методом СВС вимагає використання інертного розріджувача, що запобігає росту виникаючих частинок. Основна вимога до матеріалу розріджувача це його інертність як до реагентів у шихті, так і до синтезованого матеріалу. Вплив зміни тиску інертного газу на розмір отриманих наночастинок проявляється як безпосередньо, так і опосередковано - через розмір зони конденсації. З підвищенням тиску газу його густина збільшується і прискорюється тепловідвід, при цьому знижується швидкість утворення центрів кристалізації в газовій фазі, але збільшується швидкість росту кристалів, а отже, і розмір частинок, що отримуються.

Форма отриманих цим методом наночастинок залежить від їх розміру: наночастинки розміром <20 нм мають форму, близьку до сферичної, що зумовлено зміною відносного внеску поверхневої енергії в повну енергію наночастинки при зменшенні її розміру. Більші частинки огранені.

Експериментальне дослідження впливу технологічних аспектів двоступе-невої технології приготування нанофлюїдів на їх стабільність

Б. А. Квасницький — 2023-12-09

Нанофлюїди (НФ) можна розглядати як перспективні робочі тіла та теплоносії для енергетичних систем. Домішки наночастинок (НЧ) у рідинах суттєво впливають на їх теплофізичні властивості. Для НЧ, які мали контакт із навколишнім середовищем, характерна наявність сорбованого поверхневого шару з різних компонентів повітря. На сьогоднішній день вплив сорбованого на поверхні НЧ шару на колоїдну стабільність отриманого НФ не досліджено. У статті показано, що попереднє видалення сорбованих на НЧ компонентів повітря сприяє отриманню НФ з підвищеною колоїдною стабільністю. Експериментальні дослідження процесу десорбції НЧ α-Al₂O₃, що зберігалися в умовах навколишнього середовища, показали, що сорбційний шар складається в основному з води. Розроблено методику приготування НФ. Ця методика включає попередню обробку НЧ вакуумуванням з нагріванням до 200 °С та подальше багаторазове повторення процесів дроблення НЧ в бісерному млині з рідиною і за допомогою ультразвукового диспергатора. Виміряний гідродинамічний розмір (DLS) агрегатів НЧ у НФ, отриманому за зазначеною вище методикою, був меншим, ніж для аналогічного НФ, приготовленого без попередньої обробки НЧ. Отримані результати сприятимуть удосконаленню технології виготовлення колоїдно-стабільних робочих тіл та теплоносіїв для енергетичних систем з високою енергетичною ефективністю.

Особливості статичного розсіяння світла водними розчинами сироваткового альбуміну людини

Н. О. Фудулей — 2023-12-09

У роботі наведено результати дослідження молекулярного розсіяння водними розчинами сироваткового альбуміну людини. Методами статичного розсіяння світла отримано, що концентраційна залежність інтенсивності молекулярного розсіяння відрізняється від подібних залежностей для розчинів полімерів типу поліетиленгликолю або полівінілового спирту. На відміну від них концентраційні залежності інтенсивності МРС мають пік розсіяння за концентрацій 6%, який може розглядатися як аномальне розсіяння подібне до розсіяння світла у водних розчинах деяких речовин, частіше – спиртів. Отримане у роботі положення піку розсіяння світла співпадає з характерною точкою водних розчинів альбумінів різного походження, яка визначається концентрацією білкового компонента у плазмі крові ссавців. Детальний аналіз отриманих результатів потребує нових досліджень по температурним залежностей піків інтенсивності МРС та результатів лазерної кореляційної спектроскопії інтенсивності розсіяного світла.

Структура перекритих епітропних РК

Б. А. Алтоїз — 2023-12-09

Запропонована модель будови пристінного епітропного рідкокристалічного шару як олігомерної системи ниткоподібних асоціатів у неасоційованій рідині. Аналізуються результати досліджень ЕРК шарів аліфатичного вуглеводня – n-гексадекану. Дослідження ЕРК-фази в н-алканах є важливим як для модифікації кількісної фізичної теорії цього явища, так і в практичному сенсі, оскільки дозволяє вирішувати практичні задачі, пов’язані з контролем граничного тертя в механізмах і деталях машин. Раніше результати реологічних та структурно-оптичних досліджень властивостей цих систем розглядалися окремо і результати отримані в молекулярно-статистичній моделі детально не корелювалися із результатами віскозіметричних вимірів для випадку перекритих приповерхневих шарів. Для інтерпретації результатів досліджень (реологічними та оптичними методами) такого шару в прошарках n-гексадекану, симетрично обмежених провідними підкладками, запропоновано враховувати збільшення концентрації впорядкованої компоненти (“ворсу”) за умови перекриття пристінних шарів епітропних рідких кристалів у прошарку. Це дозволить також врахувати в обробці реологічних даних результати отримані в молекулярно-статистичній моделі.

Новий теоретичний підхід до динаміки тепло-масо-переносу, теплової турбулентності і вентиляції повітря в атмосфері промислового міста II. Спектр теплової турбулентності

О. Ю. Хецеліус — 2023-12-09

У даній роботі розробляються фундаментальні аналітичні основи нового послідовного теоретичного підходу до моделювання турбулентного масо-тепло-переносу в атмосфері промислових міст і представлені ключові елементи нової моделі визначення спектру теплової турбулентності промислового міста. Особливу увагу приділено загальним аналітичним аспектам визначення та кількісного урахування достатньо складного феномену хвильової або вихрової дифузії, яке зазвичай ігнорується в більшості сучасних підходів до моделювання атмосферної вентиляції промислових міст. Перерозподіл енергії по спектру вихрових розмірів зазвичай називають спектральним перетворенням, вивчення якого можливе лише за умови реального внесення нелінійності в рівняння турбулентного руху. Представлений підхід імплементується до загальної теорії тепло-масо-обміну, турбулентності та вентиляції повітря в атмосфері промислового міста у комбінації з методом комплексного геофізичного плоского поля та узагальненим підходом Аракави-Шуберта до кількісного опису конвективної нестійкості в атмосфері промислового міста.

Уширення та зсув за рахунок зіткнень ліній надтонкої структури складних атомних систем в атмосфері буферних інертних газів

О. Ю. Хецеліус — 2023-12-09

Представлено eфективний підхід до визначення зсуву та уширення надтонких спектральних ліній у буферному газовому середовищі, який базується на узагальненій кінетичній теорії спектральних ліній, обмінній теорії збурень та релятивістській калібрувально-інваріантній теорії збурень з оптимізованим модельним потенціалом нульового наближення для обчислення відповідних атомних релятивістських хвильових функцій. Наведені результати розрахунку зсуву та уширення спектральних ліній надтонкої структури внаслідок зіткнень для складної атомної системи (розглянуто атом талію) в атмосфері інертних газів (зокрема, Kr, Xe) які порівнюються з альтернативними теоретичними та експериментальними даними. Показано, що для спектральних ліній надтонкої структури талію відношення величини адіабатичного уширення до відповідного зсуву за рахунок зіткнень для пари Tl–Kr(Г_а/р)/f_рстановить ~1/75, а для пари Tl-Xe – (Г_а/р)/ f_р ~1/60. Ці оцінки свідчать про порушення відомого у стандартній атомній спектроскопії співвідношення Фолі у випадку зсуву та уширення за рахунок зіткнень спектральних ліній надтонкої структури атомних систем.

Оптимальна лазерно-фотоіонізаційна схема розділення складних ізотопів в сепараторних приладах

О. В. Глушков — 2023-12-09

Запропоновано ефективний підхід до визначення параметрів оптимальних схем лазерної фотоіонізації важких ізотопів (як приклад розглянуто атоми Gd) з іонізацією на останній стадії імпульсним електричним полем, автоіонізацією через вузькі автоіонізаційні резонанси, або за рахунок зіткнень для поділення ізотопів в сепараторних пристроях. На основі теорії оптимального управління і розроблених раніше теоретичних квантових підходів (енергетичний формалізм, релятивістська багаточастинкова теорія збурень з 0-вим наближенням Дірака-Кона-Шема-Штурму) для обчислення характеристик елементарних атомних процесів (амплітуд, перерізів збудження, іонізації, енергий, ширин автоіонізаційних резонансів, тощо) пропонується оптимізована схема поділення ізотопів Gd методом 3-ступенчатої лазерної фотоіонізації з іонізацією на фінальній стадії імпульсним електричним полем, іонізацією через вузькі автоіонізаційні резонанси. Вперше теоретично обчислені параметри вузьких автоіонізаційних резонансів для Gd в достатньо слабкому електричному полі у відмінній згоді з даними відомого експерименту Летохова та інш. Вузькі авторезонанси в Gd (очевидно, взагалі для будь-якого атому лантанідів або актинідів) мають порівняно великий час життя, відповідно їх перерізи збудження, іонізації чисельно мають такий ж самий порядок як й перерізи збудження на початковій стадії схеми. Тому використання цих станів може забезпечити оптимальну реалізацію лазерної схеми поділення важких ізотопів. Отримані результати для Gd підтверджують перспективність побудови з використанням моделей оптимального керування ефективних схем методу лазерної фотоіонізації з іонізацією на фінальній стадії імпульсним електричним полем, автоіонізацією та дозволяють визначити оптимальні параметри схеми, у т.ч., діаграми атомних переходів, форму лазерних імпульсів тощо. Є сподівання, що дана робота забезпечить також нові можливості подальшого розвитку лазерної хімії лантанідів, а також актинідів з урахуванням нової фізики автоінізаційних резонансів в їх спектрах.

Низькотемпературне хлорування бору

М. Г. Горліченко — 2023-12-09

В роботі приводяться результати експериментального дослідження хлорування бору при низьких (до 500⁰С) температурах і безпосередньої фіксації зміни маси взірців кристалічного бору за допомогою спеціальних ваг. Аналіз результатів дослідження підтверджує тезу про відсутність (незначний вплив) захисного бар’єру на швидкість перетворення. За отриманими даними, для умов можливого спалахування, розраховані наближені кінематичні сталі реакції бору з хлором у період передполум’янного розігріву.

Критичні умови займання частинок бора в хлорі

В. В. Калінчак — 2023-12-09

В даній роботі приводиться аналіз критичних умов займання і погасання частинок бору діаметром до 200 мкм в азотно-хлорній газовій суміші. Аналітичний опис проводиться в безрозмірній формі без використання розкладу Франк-Каменецкого. Це дозволяє більш правильно описувати критичні умови погасання частинок. Для аналізу критичних умов використовується аналітичний підхід, що полягає в представленні шуканих залежностей у вигляді параметричних функцій. Показано, що в залежності від параметрів газового середовища (температура та частка хлору) наявні гістерезисні області, області займання та погасання та області безкризового режиму хлорування частинок бору.

Проводиться порівняння отриманих залежностей з експериментальними результатами. Їх задовільне узгодження дозволяє підтвердити кінетичні параметри реакції хлорування частинок бору, а саме енергія активації Е = 60 кДж/моль і передекспоненційний множник k₀ = 4 м/с.

Фізичні аспекти пожежовибухонебезпеки горючого пилу. Частина 2. Автохвильові режими горіння

О. Є. Сидоров — 2023-12-09

В цьому огляді, виходячи з багатолітніх досліджень авторів, наведені узагальнені уявлення про закономірності спалахування і хвильового горіння металевого пилу. В першій частині обговорені закономірності спалахування, як результат дії нелінійних факторів термокінетичного типу (Ареніусівська залежність). В другій частині аналізуються закономірності поширення полум’я в пилу, зумовлені наявністю в активній системі нелінійностей гідродинамічного типу, які приводять до існування ламінарного, вібраційного і турбулентного полум’я. Обговорено вплив фізико-хімічних параметрів (сорт, дисперсність, концентрація пального) і і гідродинамічних умов розповсюдження полум’я (реакційні труби різного діаметру і довжини, пилові хмари об’ємом 10 ÷ 40 м³) на реалізацію вказаних режимів і їх характеристики.

Для ламінарного полум’я основна увага зосереджується на проблемі нормальної швидкості полум’я і концентраційних межах поширення полум’я. для вібраційного полум’я (реакційні труби запалювали у відкритого кінця напівзакритої труби) аналізуються закономірності каскадних переходів – ламінарне полум’я ↔ вібраційне І типу ↔ вібраційне ІІ типу ↔ турбулентне полум’я.

Турбулентне полум’я (реакційні труби, запаювання у закритого кінця) характеризується як каскад переходів – ламінарне полум’я → турбулентне → нелінійне вібраційне →швидке язикове полум’я.

У вільних хмарах досліджується вплив фізико-хімічних параметрів і початкового рівня турбулентності на закономірності переходу ламінарне полум’я →турбулентне полум’я, швидкості турбулентного полум’я, характерні значення числа Рейнольдса такого переходу.

Про можливу причину пульсацій тиску в камері згоряння твердопа-ливного прискорювача P230 ракети «Аріан-5»

В. С. Козін — 2023-12-09

Зроблено припущення причин пульсацій тиску в камері згоряння твердопаливного прискорювачаракети «Аріан-5». Припущеннязаключається в тому, щопалаючі краплі розпеченого алюмінію є джерелом теплового випромінювання, радіаційна температура якого пропорційна енергії активації випаровування окислювача- перхлорату амонія і це, спричиняє збільшену швидкість горіння твердого ракетного палива і появу пульсацій тиску в камері згоряння. Результати розрахунків французьких і пакістанських дослідників проаналізовані і порівняні з розрахунками автора. В результаті авторських розрахунків було показано, що розміри крапель алюмінію можуть бути розмірами напівхвилевих вібраторів – антен інфрачервоного випромінювання. В процесі горіння відбувається швидке і безперервне змінення довжини їх хвилі і енергії активації випаровування перхлорату.

Дослідження впливу зовнішнього тепло- і масообміну на особливості горіння і згасання газозависів вуглецевих частинок

С. Г. Орловська — 2023-12-09

В роботі вивчено закономірності впливу тепло- та масообміну газозависів вуглецевих частинок із зовнішнім газовим середовищем на процеси займання, горіння і затухання при різних масових концентраціях вуглецевого палива. Розглядається монодисперсний газозавис вуглецевих частинок, що знаходиться в нагрітому до високої температури газі, який містить окислювач. Внаслідок проведеного фізико-математичного моделювання визначено наступні характеристики високотемпературних процесів: період індукції, час горіння та час повного перетворення частинок, критичні параметри займання та згасання частинок. Проаналізовано вплив на ці характеристики початкового діаметра частинок, масової концентрації та температури оточуючого газу. Встановлено, що зовнішній тепломасообмін незначно впливає на період індукції та критичні параметри займання газозависів, але достатньо сильно позначається на характеристиках процесів горіння і згасання. Доведено існування верхньої межі за концентраціями палива та діаметрами частинок, за яких не спостерігається повного згоряння газозависів в умовах відсутності зовнішнього масообміну. Знайдено інтервали масових концентрацій для яких здійснюється повне перетворення вуглецевого палива, що використовується у вигляді газозависів. Показано, що для відкритих газозависів область масових концентрацій, де спостерігається повне перетворення частинок, розширюється убік великих значень. Діаметри частинок, що характеризують згасання газозависів, з урахуванням зовнішнього масопереносу менше, в результаті більшого надходження кисню до об’єму газозавису.

Позитронна спектроскопія γ-спалахів в атмосфері землі

Д. М. Дойков — 2023-12-09

Відкриття нової генерації напівпровідників на базі перовскітів, тобто CsPbBr₃, відкрило нові можливості для їх впровадження в техніку вимірювань γ-спектрів. У статті проведено моделювання позитронних та індукованих зіткненнями протонів та α-частинок з атомами атмосфері Землі γ-спектрів протягом дії блискавок. Враховуючи інтервали часу і енергії в яких діють вивченні явища в аерозолях Землі розглянуто структуру таких γ-спектрів. Запропоновано вивчати блискавичну плазму у інтервалах часу від 10^-5с до 1 с. Інтервали енергії від (0.01 – 10)МеВ. У голові блискавки різність потенціалів досягає 10⁸В, а розрідженість збільшує довжину вільного пробігу у три разі у порівнянні с рівнем моря. Тому енергетичного ресурсу електричного поля блискавки достатньо для прискорення електронів, протонів и α-частинок до 6-8 МеВ. Іонізаційні втрати і втрати від пружних зіткнень сорту частинок залежать від кожного каналу їх взаємодій з атомами атмосфері Землі. Тобто енергії частинок лімітовані з боку верхньої границі. Після вибору каналів було проведено відбір та розрахунок залежності повного перерізу зіткнень для відібраного каналу реакцій зіткнень і потім ядерних перетворень. Рис. 1 – Рис. 4 з участю протонів, Рис. 5 – Рис. 9 з участю α-частинок. Розглянуто формування радіоактивних ізотопів з ексцесом протонів, розпад яких доводить до формування позитронів і меншого за номером стабільного ізотопу. Було отримано, що найбільш можливим ланцюгом ядерних перетворень е реакція «випарювання» нейтрону: α+ 14/7N--> α+n +..., 13/7N --> 13/7C + e+. Зроблено та показано переріз реакції Рис.10. Нижня енергетична границя реакції лімітована значеннями у 6 МеВ. Зроблено висновок про кінетичну енергію α-частинок у цьому каналі ядерних перетворень. Розрахунок продуктивності каналу дає 20-40 γ-квантів з анігіляції позитронів з електронами (Eγ = 0.511 МеВ). Потік індукованих γ-квантів складає (100-200) на см-2 детектору у момент токового вибуху блискавки. Проведено розрахунок струмових імпульсів від кожного з квантів кристалом детектора. Мінімальній імпульс складає 15 пА. Темнавий струм (5-10) пА. Тому потік γ-квантів вид блискавок може давати до 50 нА. Для оптимізації роботи детектора і підвищення чутливості використовується різниця потенціалів 500 В. Треба зазначити, що для зменшення темнового струму перовскітів охолодження детектору практично не потрібно і дає значний економічний ефект. Одночасно з цим корисний імпульс зростає до мікроампер і легко обробляється доступним для придбання обладнанням.

Вплив застійного шару на довжину вільного пробігу фотонів у кон-центрованих суспензіях наночастинок

С. Д. Баліка — 2023-12-09

У роботі аналізується можливість визначення товщини і показника заломлення застійного шару наночастинок у концентрованих суспензіях за транспортними характеристиками фотонів розсіяного світла Аналіз базується на фізично прозорому узагальненні поняття однократного розсіяння на системах, у яких кількість частинок в об’ємах з лінійними розмірами порядку довжини світлової хвилі в середовищі значно перевищує одиницю. Це узагальнення здійснюється в рамках уявлення про компактні групи частинок, дозволяє вийти за межі традиційного наближення Борна та врахувати багаточастинкові ефекти, яким відповідають ті області інтегрування в членах ітераційного ряду для розсіяного поля, де внутрішні пропагатори мають поведінку типу дельта-функції. Як результат, обчислення транспортних характеристик фотонів виявляється можливим без детального моделювання процесів багаточастинкових розсіянь і кореляцій у системі.

Досліджено теоретичну залежність довжини вільного пробігу фотонів від показника заломлення та товщини застійного шару, показано їх помітний вплив на неї. Збільшення показника заломлення при фіксованій товщині шару зменшує довжину пробігу внаслідок збільшення оптичної густини суспензії. Характер залежності довжини пробігу фотонів від товщини шару визначається співвідношенням між значеннями його показника заломлення і показника заломлення базової рідини. Вона є зростаючою, коли перший є меншим за другий, але спадає в противному випадку. Експериментально спостережуване збільшення довжини пробігу з концентрацією частинок традиційно пояснюється проявом вищих кореляційних ефектів. Наша теорія показує що наявність застійного шару заплутує ситуацію, оскільки обидва фактори можуть як підсилювати, так і послаблювати один одного. Для розв’язання цього питання потрібна постановка нових спеціально спланованих експериментів.

Вивчення характеристик елементарних атомних процесів у плазмі неоноподібних багатозарядних іонів в рамках енергетичного підходу

А. А. Свинаренко — 2023-12-09

Викладено теоретичні основи удосконаленого релятивістського підходу до визначення основних енергетичних, спектральних характеристик радіаційних процесів та процесів зіткнень у плазмі багатозарядних (неон-подібних) іонів з одночасним, кількісно послідовним урахуванням складних релятивістських, міжелектронних обмінно-кореляційних ефектів та ефектів плазмового середовища. Підхід базується на поєднанні релятивістського енергетичного підходу, релятивістської калібрувально-інваріантної багаточастинкової теорії збурень з оптимізованим наближеннями Дірака-Фока-Штурма та Дебая-Хюккеля з урахуванням впливу плазмового середовища, і може бути узагальнений на випадок наявності додаткового зовнішнього електромагнітного поля. Фундаментальним моментом підходу є вибір оптимізованого нульового наближення Дірака-Фока-Штурма та застосування узгодженої процедури побудови одноквазічастинкового відповідно до принципу калібрувальної інваріантності, зокрема , шляхом мінімізації калібрувально-неінваріантних внесків у радіаційні ширини атомних (іонних) рівнів внаслідок впливу складних обмінно-кореляційних ефектів. У рамках представленої теорії визначаються сила (пеерріз) електрон-іонного зіткнення, швидкість діелектронного захоплення тощо.

Хаотична динаміка двоатомних систем в електромагнітному полі: Динамічні та топологічні інваріанти

Г. В. Ігнатенко — 2023-12-09

Представлено удосконалений комбінований квантово-динамічний та хаос-геометричний метод до аналізу, моделювання, прогнозування хаотичної динаміки двоатомних молекул в інтенсивному електромагніт-ному полі. Метод базується на використанні нестаціонарної теорії рівняння Шредінґеру в наближенні функціоналу густини і методів теорії хаосу та динамічних систем для аналізу часових рядів поляризаційних та інших характеристик двоатомних молекул в інтенсивному електромагніт-ному полі. Методи теорії хаосу та систем включать, зокрема, тест Gottwald-Melbourne, метод кореляційного інтегралу, мультіфрактальний формалізм, алгоритми середньої взаємної інформації, хибних найближчих сусідів, сурогатних даних, методи аналізу на основі показників Ляпунова, ентропії Колмогорова, моделі нелінійного прогнозу на основі алгоритмів оптимізованих передбачених траєкторій, В-сплайнових апроксимації та нейромережевих алгоритмів тощо. В якості ілюстрації наведені дані обчислень динамічних і топологічних інваріантів (кореляційна розмірність, розмірність вкладення, розмірність Каплана-Йорка, показники Ляпунова, ентропія Колмогорова і т.і.) для двохатомної молекули ZrO в лінійно поляризованому електромагнітному полі високої інтенсивності.

Теоретичне та експериментальне дослідження тепло масообміну, випаровування та займання крапель бінарних розчинів етанолу та бутанолу в холодному повітрі

О. К. Копійка — 2023-12-09

Представлені результати дослідження взаємозв’язаних процесів тепломасообміну і кінетики випаровування одиночних крапель нижчих спиртів - етанолу, бутанолу та їх бінарних сумішей з початковим розміром крапель 1.5-2.5 мм в повітрі кімнатної температури при атмосферному тиску. Для опису процесів тепломасопереносу різних за початковим складом крапель паливної суміші запропоновані прогностичні оцінки динаміки зміни розміру, складу і температури крапель досліджуваних палив в ході їх випаровування. З врахуванням температурної залежності теплоти пароутворення запропонована аналітична залежність для оцінки температури поверхні краплі однокомпонентних палив, що випаровується. Порівняльний аналіз отриманих в рамках розглянутої моделі розрахункових даних дозволив запропонувати можливий механізм випаровування крапель бінарних паливних сумішей і пояснити деякі особливості в поведінці основних характеристик цього процесу. Показано, що підвіс у вигляді термопари якісно впливає на поведінку з часом температури і розміру краплі.