С использованием выражений
и 
определены среднестатистические диаметры частиц для гамма-распределения (13).
Сравнение данных по дисперсности частиц с результатами, полученными другими методами, представлено в таблице 2.
Таблица 2– Сравнение результатов разных методов
АСД-1 | АСД-4 | АСД-6 | ||||
D32, мкм | D43, мкм | D32, мкм | D43, мкм | D32, мкм | D43, мкм | |
Ситовой анализ | 18 | 23 | 8,4 | 10 | 7,2 | 8,3 |
Измерение на микроскопе | 19,71 | 21,42 | 8,38 | 9,77 | 5,7 | 6,44 |
Модифицированный метод малоуглового рассеяния | 17,4 | 21,12 | 8,2 | 10,3 | 6,2 | 7,45 |
Из таблицы видно, что разброс результатов, полученных с использованием разных методов, составляет не более 15%.
С помощью оптического анализатора частиц PIP 9.0, с каждого предметного стекла было проанализировано около 10000 частиц. Микрофотографии частиц для порошков алюминия представлены на рисунке 9.
|
|
|
Рисунок 9 – Микрофотографии мелкодисперсных порошков алюминия при 400-кратном увеличении
Для оценки возможного применения ЛИД-2 при определении дисперсности твердых аэрозолей различной природы проведены исследования с порошком SiO2, мела и карбамида, результаты сравнительных измерений массового распределения с использованием разных методов представлены на рисунке 10.
а) б)
в)
а) – мела; б) – SiO2; в) – карбамида
Рисунок 10 – Гистограммы массового распределения частиц по размерам
Полученные результаты показывают возможность использования ЛИД-2 для достаточно точной оценки дисперсности аэрозольной загрязненности твердыми частицами любого состава.
При использовании карбамида импульсное воздействие на порошок повлияло на дисперсность порошка, он оказался боле мелким, чем был до распыления. Это связано с тем фактом, что прочность карбамида невелика, за счет этого можно получать модели аэрозольного загрязнения более мелкой дисперсности.
Применимость метода для исследования жидко-капельного аэрозоля проверена на воде, в создании модельной аэрозольной среды использовался модельный пиротехнический распылитель.
Так как жидкость способна испаряться со временем, вместо предметных стекол взята белая бумага, а распыляемая жидкость подкрашивалась красителем.
Гистограмма счетного распределения частиц по размерам следовым методом и ЛИД-2 представлена на рисунке 11.
Метод измерения отпечатков является приблизительным и дает завышенные размеры частиц, поскольку предметные экраны воспринимают поток интегрально за все время развития процесса, и возможно взаимное наложение частиц.
Рисунок 11 – Гистограмма счетного распределения частиц водного аэрозоля по размерам, полученные на ЛИД -2 и методом отпечатков
Для исследования жидкого аэрозоля более мелкой дисперсности использовался усовершенствованный распылитель пиротехнического типа. В качестве имитационной жидкости брался водный раствор глицерина. Проведено исследование динамики зарождения облака аэрозоля, график изменения во времени модального диаметра дифференциальной функции распределения показан на рисунке 12.
Рисунок 12 - Динамика изменения модального размера функции
распределения частиц по размерам в облаке аэрозоля при зарождении
Из графика видно, как происходит уравновешивание изменения дисперсного состава созданного аэрозольного облака со временем.
Особый интерес представляет случай, когда аэрозоль способен быстро менять свое дисперсное состояние, что не позволяет использовать методы отбора и накопления капель. К таким веществам относятся быстроиспаряющиеся жидкости.
Для имитации аэрозоля опасных быстроиспаряемых веществ был взят этанол, для которого было проведено измерение спектра размера частиц от момента образования облака аэрозоля до момента полного испарения (рисунок 13).
Рисунок 13 – Генезис спиртового аэрозоля
На рисунке 13 видно, как происходит изменение массового распределения частиц аэрозольного облака за счет осаждения и испарения крупных частиц, факт длительного существования мелких частиц требует дополнительного исследования.
В заключении главы изложены перспективы развития разработанного метода, связанные с возможностью определения концентрации частиц и возможности доработки установки для исследования факела распыла в различных сечениях форсунок.
В Заключении представлены основные выводы и результаты работы.
В Приложениях приведены описания аппаратуры и методов используемых для сравнения с результатами, полученными с помощью ЛИД -2.
Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:
1. Разработана новая математическая модель рассеяния лазерного излучения от слоя аэрозоля, обладающая большей информативностью за счет регистрации рассеянного излучения от всего объема, взаимодействующего с лазерным излучением.
2. Разработан модифицированный метод малоуглового рассеяния, основанный на алгоритме прямого поиска для определения функции распределения частиц по размерам путем решения серий прямых задач оптики аэрозолей, что позволило отказаться от решения некорректных обратных задач оптики светорассеяния при восстановлении функции распределения частиц по размерам по измеренной малоугловой индикатрисе рассеяния.
3. Сконструирована и реализована лабораторная лазерная измерительная установка, позволяющая проведение экспресс-анализа генезиса аэрозольных потоков различной природы в заданном объеме.
4. На основе разработанного программного обеспечения автоматизирован процесс измерения динамики изменения аэрозольного поля с частотой 100 кГц, позволяющий определять параметры аэрозоля, генезис распределения частиц в объеме с момента образования аэрозоля и его изменение при длительном времени существования.
5. Проведены экспериментальные исследования разработанным методом дисперсного состава мелкодисперсных порошков алюминия, песка, мела и органических частиц. Сравнение с другими методами доказало работоспособность разработанного модифицированного метода малоуглового рассеяния по определению дисперсных параметров аэрозольных облаков в заданном объеме с погрешностью 5¸15%.
6. Применение метода для исследования генезиса жидких и легкоиспаряющихся аэрозолей показало возможность использования метода для контроля и мониторинга аэрозолей различной природы.
Основное содержание диссертационного исследования опубликовано в следующих работах:
1 Ахмадеев, размеров конденсированных частиц в гетерогенной плазме продуктов сгорания / , , // Известия ВУЗов. Физика. - 2006. – Т 49. – №6. – С.16-19.
2 Ахмадеев, метод спектральной прозрачности измерения дисперсности аэрозолей / , , // Оптика атмосферы и океана. – 2007. – Т 20. – №1. – С. 48-52.
3 Ахмадеев, система измерения параметров аэрозолей / , , // II Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Материалы и технологии XXI века», г. Бийск. – 2005. – С. 59-62.
4 Ахмадеев, параметров двухфазных потоков методом светорассеяния / , , //Научно-техническая конференция молодых ученых «Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов», г. Бийск. – 2006. – С. 94-98.
5 Ахмадеев, метод малоуглового рассеяния для измерения дисперсности аэрозольных частиц // Материалы V Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики». г. Томск: Издательство Томского университета. – 2006. – С. 55-56.
6. Ахмадеев, комплекс исследования продуктов сгорания при испытании бессопловых генераторов / , , // Материалы V Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики». г. Томск: Издательство Томского университета. – 2006. – С.146-147
7. I. R. Akhmadeev, Investigation of combustion products parameters while testing model nozzles generators / M. G. Potapov, A. A. Pavlenko, A. B. Vorozhtsov, I. R. Akhmadeev, E. V. Maximenko // II International Workshop HEMs-2006, September 11-14, 2006 Belokurikha, Altai region High energy: Demilitarization, Antiterrorism and Civil Application. – С.42-43
Метод и быстродействующая лазерная установка для исследования генезиса
техногенного аэрозоля по рассеянию луча в контролируемом объеме
____________________________________________________________________
Отпечатано в ИПХЭТ СО РАН
659322, Алтайский край,
Формат 60×84 1/16. Усл. печ. л. – 1. Тираж 100 экз.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
