Эволюция мелкодисперсных капель при взрывном распылении жидкостей

Ишматов, Александр Николаевич

Эволюция мелкодисперсных капель при взрывном распылении жидкостей тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Ишматов, Александр Николаевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Бийск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Эволюция мелкодисперсных капель при взрывном распылении жидкостей»

Автореферат диссертации на тему "Эволюция мелкодисперсных капель при взрывном распылении жидкостей"

/у

Ишматов Александр Николаевич

ЭВОЛЮЦИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ КАПЕЛЬ ПРИ ВЗРЫВНОМ РАСПЫЛЕНИИ ЖИДКОСТЕЙ

Специальность 01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

; 8 СЕН 2011

Бийск-2011

4852826

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Ворожцов Борис Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Галенко Юрий Анатольевич

доктор физико-математических наук, профессор

Ткаченко Алексей Степанович

Ведущая организация Учреждение Российской академии наук

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения РАН, г. Томск

Защита состоится 23 сентября 2011 г. в 10 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.267.13 при ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, корпус 10.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета

Автореферат разослан « /( » августа 2011г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Ю.Ф. Христенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время существует ряд задач по высокоэффективному импульсному получению высокодисперсных аэрозолей, применяемых для целей дезинфекции, дезактивации, мгновенного создания жидко-капельных барьеров на пути распространения токсичных газов, взрывных волн в шахтах и на др. объектах, а также для постановки светотеплозащитных аэрозольных барьеров с целью эвакуации персонала и сохранности работоспособности оборудования в условиях пожара. Этим целям и задачам соответствуют устройства взрывного (импульсного) распиливания жидкостей, отличающиеся малым временем образования облака аэрозоля. Использование высокоэнергетических материалов (ВЭМ) в качестве энергоносителя в распылителях импульсного типа имеет ряд преимуществ, поскольку ВЭМ позволяют получать достаточное количество энергии за короткий промежуток времени, при этом они занимают небольшой объем, что дает возможность автономного конструкторского исполнения распылителей.

В работах [1,2] проводилось построение обобщённой модели и экспериментальные исследования процессов импульсного диспергирования жидких объемов. Было установлено, что для системы «жидкий цилиндрический объем - нагружающий цилиндрический заряд взрывчатого вещества (ВВ), расположенный на оси симметрии жидкого объема» в импульсном режиме можно диспергировать в капли размером менее 15 мкм не более половины жидкого исходного объема, даже в случае достижения предельных режимов распыления. Также известна схема взрывного распыливания на основе ударной гидродинамической трубки с нагружающим зарядом ВВ (далее УГТ) [3], где реализуются отличные от приведенных выше условия и достигается более высокая степень диспергирования с максимально полным расходом жидкости. Такая схема на сегодняшний день изучена не достаточно полно, поэтому проведение комплексного исследования в области взрывного распыливания жидкостей с учетом не только воздействия ударных волн на диспергируемую среду для условий УГТ, но также взаимодействия генерированного облака капель с внешней средой, безусловно, является актуальным, т.к. позволит выявить основные закономерности образования и эволюции дисперсной фазы, развить теорию взрывного диспергирования жидкостей, способствовать повышению эффективности распыливания жидкостей импульсными устройствами.

Взрывной механизм образования жидко-капельных сред чрезвычайно сложен и характеризуется большим числом параметров, которые определяются как свойствами дисперсной фазы, так и свойствами внешней среды; анализ этих процессов невозможен без понимания физической сущности диспергирования жидкости. К тому же взрывной способ распыливания имеет ряд особенностей, таких как малое время образования аэрозольного облака, высокая скорость выброса жидкости (при критических числах Вебера), нестационарность процессов эволюции аэрозоля в условиях испарения, полидисперсность распыления, требующих разработки и внедрения новых методик для проведения экспериментального и теоретического исследования. Сложными представляются вопросы, связанные с описанием динамики облаков субмикронных капель, т.к. необхо-

димо взаимосвязано рассматривать процессы испарения, осаждения и коагуляции капель с учетом физико-химических свойств распыливаемой жидкости и окружающей среды. Это представляет не только теоретический интерес, но является важным при разработке практических приложений.

Исследования диссертационной работы проводились в рамках проектов фундаментальных исследований СО РАН №5.5.1.3 и V. 40.1.1: «Физико-математические основы эффективного преобразования энергии горения и взрыва новых высокоэнергетических материалов для автономной генерации ударно-акустических волн, высокодисперсных аэрозольных сред и развитие методов их диагностики», при частичной поддержке гранта РФФИ№ 11-01-90701.

Целью диссертационной работы является экспериментально-теоретическое исследование процессов эволюции облака капель, образующихся при взрывном распыливании жидкостей устройствами на основе ударной гидродинамической трубки с нагружающим зарядом ВВ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. На основе аналитического обзора механизмов диспергирования жидкостей выбрать и сформулировать используемые в работе модели и методы расчета применительно к взрывному распыливанию.

2. Провести и обосновать выбор методов и средств экспериментального исследования с учетом специфики взрывного распиливания.

3. Разработать экспериментальный стенд и диагностический комплекс для исследования основных параметров формирующегося облака жидко-капельного аэрозоля.

4. Получить новые экспериментальные данные о дисперсности и динамике испарения капель, а также эволюции аэрозольного облака.

5. Предложить физико-математическую модель и провести оценку процессов эволюции капель применительно к взрывному распыливанию.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны экспериментальный стенд и методики, позволившие впервые провести весь комплекс исследований быстропротекающих процессов при взрывном диспергировании жидкостей, включающих измерение температурных полей, оптической плотности, малоугловой индикатрисы рассеяния света дисперсной средой и скоростную видеорегистрацию.

2. Разработанные методы обеспечили уменьшение времени начала регистрации сигнала лазерной измерительной установкой с 50 мс до 8 мс, что позволило впервые провести измерение дисперсности в факеле распыла на начальных этапах образования аэрозольного облака.

3. Предложена новая методика определения дисперсности капель при распыливании солевых растворов, что позволило проводить электронно-микроскопические исследования частиц жидко-капельного аэрозоля по солевому остатку в широком диапазоне размеров.

дисперсность капель образующихся при взрывном распыливанни устройствами на основе УГТ. Также при распыливанни растворов КаС1 установлено, что морфология солевых частиц может быть различной - сплошные поликристаллические и моиокрнсталлические образования, пустотелые сферы, это указывает на нестационарные условия испарения капель на начальном этапе их эволюции.

5. Предложена физико-математическая модель, позволяющая проводить оценку эволюции капель при взрывном распыливанни жидкостей устройствами на основе УГТ с нагружающим зарядом ВВ. Результаты численного эксперимента показали, что в краткосрочный промежуток времени (до нескольких секунд) после взрывного распыления наиболее существенным фактором, влияющим на изменение спектра размеров капель, является испарение.

Практическая ценность работы. Экспериментальное исследование процесса распыливания устройствами в виде УГТ имеет фундаментальное значение с точки зрения понимания и объяснения процессов импульсного диспергирования жидких объемов и дальнейшей эволюции образованных аэрозольных жидко-капельных сред. Исследования необходимы для верификации результатов численных экспериментов и развития физико-математической модели кави-тационного взрывного диспергирования жидкостей.

Результаты проведенной работы могут найти применение для исследования устройств создания аэрозолей различной номенклатуры. Разработанный экспериментальный комплекс благодаря широкому спектру возможностей измерений в настоящее время используется для решения различных научных задач при исследовании параметров аэродинамических, гидравлических и ультразвуковых систем распыливания.

Достоверность результатов диссертационного исследования обеспечивается корректностью постановки задач и их строгой физической обоснованностью; большим объемом полученных экспериментальных данных, их логической взаимосвязью, физической наглядностью, непротиворечивостью и воспроизводимостью; применением современной измерительной техники, а также статистической обработкой и анализом погрешности измерений по общепринятым методикам. Достоверность методов расчета подтверждается удовлетворительным соответствием расчетных и экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

1. Методики комплексного исследования взрывного распыливания жидкостей.

2. Результаты экспериментального исследования эволюции капель при взрывном распыливанни жидкостей.

3. Результаты экспериментального исследования влияния поверхностного натяжения жидкости на дисперсность образуемых капель.

4. Методика исследования эволюции капель по распыливанию солевых растворов.

5. Результаты экспериментального исследования морфологии частиц образуемых при взрывном распыливанни растворов №С1.

6. Результаты численного эксперимента оценки эволюции капель при взрывном распыливанни жидкостей.

Публикации

По материалам диссертации опубликованы 13 научных работ, в том числе 3 статьи в периодических рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Ми-нобрнауки РФ.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в науке, экономике и образовании» (г. Бийск, 2009), Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии: производство, экономика, образование» (г. Бийск, 2009), на III Всероссийской конференции молодых ученых «Перспективы создания и применения высокоэнергетических материалов» (г. Бийск, 2010), High Energy Materials: Demilitarization, Antiterrorism and Civil Application: Abstracts of V International Workshop HEMs-2010, 3-ей Всероссийской молодежной Школе-семинаре с международным участием «Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики» (г. Москва, ФИАН, 2010), XVII Рабочей группе «Аэрозоли Сибири» (г. Томск, 2010).

Личный вклад диссертанта состоит в формировании научных идей, постановке задач и планировании исследований, разработке теоретической модели эволюции капель аэрозоля, в постановке и проведении экспериментов, разработке методик проведения исследования, обработке и интерпретации полученных данных, подготовке публикаций и докладов на конференциях. Все основные результаты диссертации получены автором лично, либо при его непосредственном участии в качестве ведущего исполнителя на всех этапах исследований.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 129 наименования, 50 из которых - зарубежные источники. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 49 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель, задачи, основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость. Кратко представлено содержание по главам.

В первой главе приведен обзор литературы, освещающей физику процессов распыливания жидких сред, показано влияние ударных нагрузок на диспергируемую среду, изложено современное состояние проблемы взрывного распыливания. Конкретизированы стадии формирования аэрозольной жидко-капельной среды, характерные для взрывного распыливания:

- диспергирование кавигированной жидкости и формирование жидко-капельного потока в результате срабатывания ВВ;

- эволюция капель в потоке и взаимодействие с внешней средой при высоких скоростях (~ 200 м/с);

- формирование и эволюция аэрозольного облака.

Рассмотрена физико-математическая модель взрывного диспергирования, из которой следует, что при многократном отражении ударной волны в результате срабатывания заряда ВВ, в УГТ (рис. 1) создаются условия для развития кавитации с образованием вспененной структуры. Диспергирование и формирование

а) б>

1 - измерительный бокс; 2 - распылитель; 3 - защитная трубка; 4 - «ЛИД-2М»; 5 - устройство инициирования; 6 - устройство синхронизации; 7 - ЭВМ; 8 - система сбора информации; 9 - тепловизор; 10- скоростная видеокамера; 11 - датчик влажности и температуры Рис. 2. Структурная схема (а) и общий вид (б) экспериментального комплекса

^ ~ жидко-капельного потока происходит в результате

взрывного разрушения кавитационных пузырьков при выбросе жидкости из сопла и дальнейшего дробления капель при взаимодействии с воздухом при высоких скоростях (-200 м/с).

Образование облака жидко-капельного аэрозоля, содержащего частицы субмикронных размеров, происходит однократно, за время порядка нескольких мс. Это накладывает существенные ограничения на методы исследования аэрозолей, поскольку измерение дисперсных характеристик ведется по истечении определенного времени после распыливания, и результаты измерений характеризуют аэрозоль, измененный в результате эволюции капель.

Во второй главе проведен сравнительный анализ методов измерения для решения задач исследования. Разработаны экспериментальные методики. Создан экспериментальный стенд (рис. 2), реализующий комплексное исследова-

взрывном распыливании.

1 - отражатель; 2 - сопло; 3 - жидкость; 4 - корпус; 5 - заряд ВВ Рис. 1. Схема УГТ [3]

Стенд обеспечивает проведение:

- измерений относительной влажности в диапазоне от 0 % до 100 % и температуры в интервале от 0 °С до 50 °С с частотой 1 Гц;

- исследований эволюции дисперсных характеристик аэрозоля во всем временном промежутке от его образования до исчезновения, в диапазоне размеров частиц от 1 мкм до 100 мкм, с частотой до 100 кГц;

- высокоскоростной видеорегистрадии взрывного распыливания и развития облака аэрозоля с частотой до 10000 Гц;

-исследований температурных полей в облаке аэрозоля с возможностью отслеживать разность температур в 0,08 °С;

- измерений дисперсности частиц аэрозоля в диапазоне от 10 нм до 3000 мкм по методике заключающейся в микроскопическом исследовании кристаллов соли, образуемых в результате эволюции жидко-капельного аэрозоля водосо-

держащих растворов КаС1 при взрывном распиливании с последующим восстановлением первоначальных размеров капель раствора.

Исследования параметров дисперсности полей аэрозолей, проводилось методом светорассеяния под малыми углами на лазерной измерительной установке «ЛИД-2М» [4]. Использование метода малоуглового рассеяния неприменимо для решения задач измерений в условиях многократного рассеяния света. При восстановлении функции распределения частиц по размерам двукратное и многократное рассеяние света на них можно не учитывать в случае выполнения условия для оптической толщины дисперсной среды т:

т<1,5, (1)

т = 1п^) = */„

где / - интенсивность излучения после прохождения рассеивающего объема; 1„ - интенсивность излучения в отсутствии частиц в объеме; к - показатель ослабления среды; /,- длина оптического пути, м.

При исследованиях аэрозолей повышенной плотности, к которым относятся аэрозоли, получаемые при взрывном распыливании, эффект многократного рассеянии света каплями становится значительным. Для уменьшения влияния многократного рассеяния предложено использовать изолирующее устройство в виде защитной трубки, уменьшающей длину оптического пути вдвое, как показано на рис. 3 (проведение измерений без потери информации о потоке в этом случае возможно при его симметричности).

а) б)

Л-лазер; 1 - защитная трубка; 2 - границы аэрозольного облака; Д- плоскость, на которой расположены фотоприемники; <йд- площадка, на которую приходит рассеянное под различными углами излучение; I, - длина оптического пути без использования защитной трубки; /; - длина оптического пути с использованием защитной трубки Рис. 3. Схема (а) и общий вид (б) экспериментальной установки

При длине оптического пути /' = 1$/2 оптическая толщина т' для той же дисперсной среды:

т'=1п^ = н;=т/2. (2)

где Г - интенсивность излучения после прохождения рассеивающего объема на длине оптического пути /'.. Условие (1) справедливо и для т' :

т'<1,5.

Принимая во внимание (2) перепишем условие (1) для начального значения т:

т<3.

Таким образом, использование защитной трубки (сокращения оптического пути вдвое /х=/х/2) позволило повысить порог для проведения измерений с

х < 1,5 до т<3.

Возможности измерения дисперсности частиц аэрозоля с помощью установки «ЛИД-2М» ограничены размерами от 1 мкм до 100 мкм. Согласно физико-математической модели кавитационного диспергирования при взрывном распиливании образуется широкий спектр частиц, в том числе и наноразмер-ных. В более широком диапазоне параллельно с измерениями на лазерной установке можно проводить измерения отбором проб (микроскопическое исследование, оптические счетчики частиц и т.п.). Проведение пробоотбора требует некоторого времени, что является существенным недостатком, т.к. за это время размеры первоначальных капель могут меняться вследствие испарения. Исследование фракции наноразмерных частиц с использованием электронного микроскопа ограничено твердыми веществами и возможно только по методу отпечатков капель на твердой подложке или методом замораживания капель. Была разработана экспериментальная методика, заключающаяся в исследовании дисперсности кристаллов соли, образуемых в результате эволюции жидко-капельного аэрозоля водосодержащих растворов КаС1 с последующим восстановлением размеров первоначальных капель. Методика построена на обратной задаче получения тонкодисперсных порошков при распылении растворов. Она отличается простотой и возможностью с достаточной точностью оценивать размеры образуемых капель как по методу малоуглового рассеяния, так и с помощью методов электронной микроскопии. Оценка степени уменьшения аэрозольных частиц вследствие испарения определяется из условия равенства массового содержания неиспаряемой примеси в капле первоначального раствора и частицы после полного испарения растворителя:

где т - масса примеси в капле раствора, кг; (Ст)2- относительная массовая концентрация примеси в растворе; рр д - плотность раствора и примеси в растворе, соответственно, кг/м3; V,, У2- объем капли и примеси в ней, соответственно, м3.

Выразив объем через диаметр сферы, получили уравнение для расчета диаметра конечной сферической частицы Д?, оставшейся после испарения растворителя из начальной капли диаметром Иг.

в=д, (з)

V Р|

Выражение (3) позволяет оценить размер образуемых капель по известным конечным частицам. Данная особенность полезна для исследования жидко-капельных аэрозолей содержащих наноразмерные частицы методами электронной микроскопии.

Пример расчета изменения размеров капель при испарении раствора ЫаС1

различных концентраций приведен на рис. 4. Большинство твердых частиц являются несферическими и имеют неровности по поверхности, поэтому, распределение частиц по размерам описывалось как статистический результат анализа каждой частицы, характеризующейся эквивалентным диаметром. В соответствии с рис 5(а) Оа определяется как диаметр эквивалентной сферы площадь, которой равна площади проекции частицы. На рис 5(6) расстояние между двумя, наиболее отдаленными точками определяют как наибольший диаметр О,. Наибольший отрезок, перпендикулярный О, определяется как эквивалентный наименьший диаметр £>Л. Соотношение между двумя описанными величинами: . Если проекция сферическая, обе величины равны.

О,! О,

а) диаметр эквивалентной сферы

б) наибольший и наименьший эквивалентный диаметры

Рис. 5. Эквивалентный диамегр частицы

25 зо

Рис. 4. Расчетный график изменения размеров капель в зависимости от массовой относительной концентрации НаС1 в распиливаемом растворе

Схема проведения пробоотбора на полированные металлические пластины и оптические зеркала с металлическим напылением приведена на рис. 6.

4 Главное достоинство методики за-

ключается в том, что она допускает проведение комплексного исследования: параллельно с пробоотбором можно вести измерения оптическими методами и т.п. Это особенно актуально при про, , ведении единичных экспериментов, ко-1 - аэрозольная камера; 2 - предметная пластнна; ™ '

3-отверстие под пластину;4-трубка; 5-насос торые в силу различных причин не МОРис. 6. Схема проведения пробоотбора гут быть проведены повторно. В третьей главе представлены результаты исследования эволюции капель а ограниченном объеме развивающегося облака аэрозоля. Показано влияние поверхностного натяжения на характеристики взрывного диспергирования жидкостей устройствами на основе УГТ. Приведены экспериментальные данные исследования дисперсности взрывного распыливания в широком диапазоне измеряемых размеров частиц.

Проведение экспериментов связано с высокоэнергетическими (высокоскоростными, скоротечными) процессами. Поэтому, в первую очередь, обеспечивалась безопасность работы персонала на экспериментальном стенде, путем ис-

Рис. 7. Кинограмма процесса взрывного распиливания

пользования защитных экранов, кожухов, стенд находился в отдельном изолированном помещении. При проведении экспериментального исследования в целях безопасности масса ВВ, используемого в отдельном опыте, не превышала 0,5 г, при этом масса распыляемой жидкости составляла не более Юг. Скоростная видеосъемка процесса импульсного распыливания (рис.7) показала, что факел распыла имеет конусообразную симметричную форму с углом раскрытия 90°, выброс жидкости из распылителя заканчивается через 3 мс, скорость выброса соответствует 200 м/с, формирование облака происходит за 8 мс, его развитие удается наблюдать в течение 200 мс. По изменению геометрических параметров оценивалась динамика увеличения объема облака при выбросе и выбиралась область для проведения измерений дисперсных характеристик лазерной установкой «ЛИД-2М».

Проведенная оценка температурного поля в аэрозоле с помощью бесконтактного метода регистрации тепловизором показала, что понижение температуры в облаке за счет испарения капель и расширения газов составляет ~ 2 °С.

Экспериментальное исследование развития дисперсности капель (рис. 8, таблица 1) в закрытой камере показало, что проводить измерение по разработанной методике для «ЛИД-2М» с изолирующим устройством (защитной трубкой) без учета влияния многократного рассеяния света на частицах аэрозоля можно начиная с 8 мс, тогда как без использования защитной трубки - с 50 мс. Вести измерения дисперсных характеристик в течение промежутка времени до 8 мс не представлялось возможным из-за высокой оптической толщины облака.

I • нр в СН/ .'Н

ИР

штА*

I г 1 8 ■ М 1

0.01

I - область ограничения измерения с применением защитной трубки; II - область ограничения измерения без применения трубки Рис. 8. Изменение оптической толщины в эксперименте

В центре облака характеристики, начиная с 8 мс вплоть до 2 с развития практически постоянные. Исследование на границе облака показало существенное изменение дисперсности капель (для оценки дисперсности использовался среднемассовый характеристический диаметр Да) уже к 1 с (таблица 1). Это связано, прежде всего, с неустоявшейся структурой облака обусловленной циркуляцией и испарением: капли, находящиеся у границы, более подвержены испарению, чем капли, находящиеся в центре.

Таблица 1 -

Параметр

воды

I, с

й43, мкм, граница облака

мкм, центр облака

0,008

15,9

16,8

0,3 , МКМ 20

0,02

16,6

16.

0,03

16,5

Значение параметра

0,040

17,5

16,7

0,1

17,2

16,5

0,2

16,9

17,0

1,0

10.8

17,3

2,0

14,5

6,0

13,:

__1_

г. —т

-1-

20 30 40 50 60 70 80 о. Ш ! Н/м

Рис. 9. Влияние поверхностного натяжения на среднемассовый диаметр (Ду) капель в аэрозоле

23.46

18.49

и.зе

- - • Й —

171 .

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 О.мт

а) дистиллированная вода (а=73,0-103 Н/м; А«=16,4)

28.6 -

3.84

10,23

1 3.94

п П 1.33

Серия экспериментов по распиливанию модельных жидкостей (растворов этилового спирта) позволила установить зависимость дисперсности капель аэрозоля от поверхностного натяжения а (рис. 9, 10). Для проведения исследования выбирались растворы с 20 %, 25 %, 96 % содержанием спирта и дистиллированная вода. Эксперименты проводились в нормальных условиях (298 °К, влажность 50 %) при массе распыливаемой жидкости равной 1 г. га».

21.0ГТ

д.

¿м

0-5

5-10 10-15 15-20 20-

б) раствор этилового спирта 20 % (о=65,о -10"3 Н/м; Дв= 15,5)

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 £>, мкм

в) раствор этилового спирта 25 % (с=37,0'10"3Н/м; Да=14,0)

15.36

3,46 - -

-Г

! I СИ- 0,41

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-3$ О, мкм

г) спирт этиловый 96% (с=22,4-10"3 Н/м; До= И,5)

Рис. 10. Массовое распределение капель по размерам Установленная экспериментальная зависимость влияния поверхностного натяжения на дисперсность взрывного распыливания имеет существенное значение для развития кавитационной теории взрывного диспергирования жидких объемов.

В соответствии с разработанными методиками проведена серия экспериментов по распиливанию растворов КаС1 для комплексного исследования, уточнения

сведений о генезисе аэрозоля и влияния примесей на процесс образования дисперсных частиц. Результаты измерений функции распределения частиц аэрозоля по размерам приведены на рис. 11.

Для распыления использовался 20%-ный раствор КаС1. Выбор данной концентрации обусловлен относительно небольшим отличием размера капли раствора и конечного кристалла соли, образуемого при испарении. В результате исследования был сделан вывод, что меняющиеся значения распределения в течение первых секунд указывают на сложный механизм образования аэрозольного поля, который зависит от процессов газодинамического течения, генерированного горением ВВ, процессов диффузии частиц и, особенно, процессов испарения капель аэрозоля.

исследование частиц, получаемых при взрывном распыливании растворов КаС1, установило, что их морфология может быть различной - сплошные поликристаллические и монокристаллические образования, пустотелые сферы (рис. 12). Приведенные данные указывают на нестационарные условия испарения капель на начальном этапе их эво^ люции. Установлено, что часть массы распыленной жидкости переходит в наномет-ровую область, находится за пределами возможностей измерения установкой «ЛИД-2М» и требует дополнительного более глубокого исследования с использованием новых измерительных устройств и методик.

В четвертой главе приведена теоретическая оценка экспериментальных результатов с помощью численного моделирования.

Импульсный дисперсный поток (рис. 13) рассматривается как конусообразное тело вращения и разбивается на зоны, как показано на рис. 14. С точки зрения конечного результата процесс диспергирования логично рассматривать на расстоянии до 10 см от сопла распылителя (зона интенсивного дробления), т.к. в сильно турбулизованных импульсных потоках на расстояниях, превышающих 10 см, возникает кризис сопротивления движению частиц дисперсной фазы, -сопротивление движению капель в потоке оказывается меньше. На этом участке (зона интенсивного дробления) происходит распад кавитированной жидкости и дробление капель на высоких скоростях. Дальнейшее движение капель автомодально и изменение дисперсности происходит только вследствие внешних факторов. Зона образования жидко-капельного облака, также характеризу-

1 -0,008 с; 2-6,0 с; 3-12,0 с Рис. 11. Счетная функция распределения частиц по размерам в эксперименте

Рис. 12. Аэрозольные частицы, образованные при взрывном распыливании 20 % раствора ЫаС1

ется высокими скоростями. Длина ее соответствует 20-150 см, в зависимости от объема диспергируемой жидкости и конструктивного исполнения распылительного устройства. Конечный участок соответствует зоне развития облака, в которой частицы находятся в уравновешенном состоянии, и изменение в облаке происходит за счет испарения, конденсации, коагуляции и гравитационного осаждения частиц.

Рис. 13. Импульсный поток Рис. 14. Схема деления потока

При моделировании рассматривается множество капель, движущихся с различными скоростями, вследствие разных начальных условий, различных масс и сил сопротивления. Для оценки процессов на указанных стадиях образования и эволюции капель проведено сравнение их характерных времен (таблица 2):

, ,,=0,25^/*; , ^ и JIbJL; ^ =

36 ^ h, PdD2g 2Dab{Cs-CS

где Г; - характерное время скоростной релаксации капель, с; t2 - характерное время выравнивания температуры в капле, с; t3 - характерное время затухания нестационарных возмущений в капле за счет вязкой диссипации энергии, с; t4 -характерное время гравитационного осаждения капли, с; ts - характерное время испарения капли, с; prf- плотность вещества частиц, кг/м3; D - диаметр капли, м; - коэффициент динамической вязкости воздуха, Пах; ае - коэффициент температуропроводности, м2/с; |id - коэффициент динамической вязкости вещества капли, Пах; Н - высота нижней границы облака, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; DJB - коэффициент диффузии паров жидкости в воздухе, м /с; Cs, С«, - концентрация равновесных по отношению к капле паров над ней и в пространстве, кг/м3.

T^Huajj-j^airagHHej^j^H при эволюции капель

Параметр Значение параметра

D, мкм 1 5 10 15 20 30

//, с 0,3-10'5 8,8 i0~5 35,4-Ю"5 79,6-10'5 141,5'Ю"5 318,5-Ю"5

Ь,с 4,4-1<Г5 17,8'Ю"5 40,2-10"5 71,4-Ю"5 160,7-Ю"5

Ю-4 2,5-Ю"4 ю-3 2,3-10"3 4,0-10"3 9,0-Ю-3

U, с 10s 0,4-103 0,1-ю3 44,7 25,2 11,9

ts, С 7-10"4 1,7-10"2 6,8'10"2 1,5-Ю"1 2,7-10"' 0,612

Таким образом, в короткий промежуток времени (до нескольких секунд) после взрывного образования высокодисперсного аэрозоля наиболее существенным фактором, влияющим на изменение спектра размеров капель, является испарение. Процессы скоростной релаксации, выравнивания температуры и не-

стационарные возмущения в объеме капли при проведении оценок изменения дисперсности можно не учитывать, также как и гравитационное осаждение. Принимался ряд допущений:

- в соответствии с экспериментальными данными размеры капель находятся в пределах от 1 мкм до 30 мкм;

- аэрозоль находится в ограниченном объеме -1м;

- расстояние между каплями больше их среднего размера;

- температура в облаке постоянная;

- капли в процессе движения сохраняют свою сферическую форму;

- капли не сталкиваются, не дробятся и не коагулируют;

- в каждой капле, при ее испарении, происходит нуклеация только одного кристалла, форма которого близка к шарообразной;

- облако частиц пространственно однородно;

Для описания эволюции капель с учетом принятых допущений предложена модель на основе теории диффузионного испарения:

dD Л

Dp,

■(*IIjO(0 Cs-Cj)KF,

(4)

где хн 0(1) - мольная доля воды в капле раствора NaCl; К у - коэффициент массо-отдачи, учитывающий увеличение скорости испарения капель при их движении;

"н2о

Н-р

(0 =

т,

'н2о

(t) + m

'NaCl

; kf -

нго

NaCl

l,00 + 0,108^(Re)2(Sc)^ , при Re <25

0,78 + 0,308

((Re)i(Sc):

,при Re >25.

здесь тНг0 - масса воды в капле, кг; - молярная масса воды, , кг/моль;

тп*а ~ масса ^таС.1 в капле, кг; МКаС1 - молярная масса №С1, , кг/моль; Re -

число Рейнольдса; Sc =

- число Шмидта.

Для оценки процессов испарения капель раствора с помощью предложенной модели проведено сравнение характерных времен испарения 15 и диффузии соли в объеме капли

Б2

" 4D',

'лв

где 0'АВ - коэффициент диффузии соли в растворе, м2/с.

Оценка характерных времен процессов (таблица 3) указывает, что процессы диффузии соли в капле успевают проходить быстрее процесса испарения.

Параметр Значение параметра

D, мкм 1 5 10 15 20 30

Ь, с 0,7-10-' 1,7'Ю"2 6,8-10"' 15,3-10"2 27,2-Ю'2 61,2-Ю"2

(б, с 0,2'10"3 0,5-10"2 2,3'1О2 5,1-10"2 9,<ИСР~ 20,4-Ю-2

Предложенная модель для оценки эволюции капель имеет упрощенный вид, поскольку не учитывает образования химических связей в растворе, физико-химические процессы кристаллизации, влияния двойного электрического слоя, образующегося при диссоциации молекул соли и воды и многих других факторов. Поэтому была показана ее адекватность для капель размерами от 1 мкм до 100 мкм, путем сравнения расчетов с экспериментальными данными, полученными при микроскопическом исследовании испарения отдельных капель (рис. 15

и 16). В качестве примера рассматривались капли 20 %-ного водного раствора ИаС1 при атмосферном давлении, температуре 293 К, относительной влажности воздуха 50 %. При моделировании с течением времени вода из капли испаряется, соответственно ее мольная доля в растворе уменьшается, скорость испарения асимптотически приближается к нулевому значению (рис. 17), поэтому в расчетах за конец испарения принималось значение времени, при котором дальнейшее изменение диаметра частицы незначительно.

Рис. 15. Динамика испарения 100 мкм капли дистиллированной воды (шаг сетки 100 мкм)

й, мкм

110 100 90

1 1— Рвсчет

1 Эксперимент 1

......1 ____!_______) . "

а) дистиллированная вода

б) 20 %-ный раствор ЫаС1

Рис. 16. Динамика испарения капель

В соответствии с теоретической моделью проведен численный эксперимент изменения дисперсности капель в облаке для распыливания 1 г дистиллированной воды (таблица 5) с принятым допущением, что облако мгновенно расширилось до размеров, соответствующих времени 0,2 с. Таблица 5 - Изменение размеров капель в облакеза 0.2 с

Параметр

О,

¡тальмерадмеры капель, мкм

Д2,_коиечнме размеры капель, мкм_

Р,/Р2, %

В^ем^стрения в_облаке^

3.91

21.80

0,05

Значение параметра

9,50

5,00

14,67

2,22

19,75

1,25

Н80

0,80

29,84

0,53

Численные расчеты изменения дисперсности капель в облаке в зависимости от массы распыляемой дистиллированной воды и объема, в котором происходит распыливание (таблица 6), показали, что при относительно большой испарившейся массе воды из капли ее размер меняется не так значительно.

Таблица б - Результаты расчета изменения дисперсности аэрозоля в ограниченном объеме

Параметр Значение параметра

Объем, 0,52 г 14 65 113 180 268 1000

Диаметр сферического облака, м 0,1 0,3 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0

Масса испарившейся из капель воды, г 0,012 0,324 1,500 2,592 1 4,116 9,600 12,000

Изменение дисперсности (%) в зависимости от массы распыляемой воды 1 г 0,4 12,231 - - - - -

5 г 0,08 2,20 11,21 21,61 43,871 - -

Юг 0Д)4 5,27 9,52 16,20 65,80 -

Таким образом, показано, что в первые 0,2 с с момента образования аэрозоля существует ограничение на испарение капель в облаке.

Результаты расчетов эволюции капель воды и 20 %-ного раствора ШСЛ приведены на рис. 17 и в табли-

\ \ \

[ 1.....| Т. '

0 2 о.4 в.а о.е ,

\ к\

\ \ V .. V..

Л...........:................ "'•

1_1 . '■__

а) дистиллированная вода

б) 20 % раствор ЫаС1 Рис. 17. Динамика испарения капель в облаке

Таблица7-Расчет^

це 7. На рис. 176 наблюдается стабилизирующее действие ЫаС1 на испарение капель водного раствора: скорость испарения падает вследствие большего содержания примеси в капле. Не-испаряемая примесь также ограничивает и конечный размер оставшихся частиц.

Параметр

£>2. Конечные размеры капель_

о,/о2, %

Влажность в облаке, при которой закончилось испарение, %

Врешукпдат^о^прм^

Иашрш'.шаяся вода из капель, %_

3,11 37,80

63,51

0,023

93,69

Значение параметра

6,35

36,50

68,24

0,097

92,26

9,63

35,80

70,68

0,223

91,32

12,89

35,55

71,43

0,413

91,06

16.13

35,48

71,53

0.638

91,05

30 19,35

35,50

71,53

1,121

91,05

В результате электронно-микроскопического исследования частиц, полу-ных пои взвывном распыливании растворов №С1, установлено, что они

представляют собой пустотелые сфероиды (рис. 12). Эти результаты не соотносятся с результатами аэродинамического распыливания растворов КаС1 (рис. 18а.) и при испарении капель с подложки (рис. 186). Очевидно, что морфология частиц определяется скорос-

■ф :[ К ф I

ЯШ ЖНПП

т НКв ^

а)аэродинамическое б)испарение кш

распыливание подложки

Рис. 18. Структура солевого остатка

тью испарения растворителя из капли, обусловленной концентрацией раствора, дисперсностью капель и скоростью их движения, температурным режимом, аэродинамической структурой двухфазного потока и т.д.

Предположим, что при достижении концентрации соли на поверхности капли критического значения перенасыщения С^, происходит ее мгновенная кристаллизация в той части объема капли, где концентрация С>С., (С. - равновесная концентрация для данной температуре). При этом в зависимости от скорости испарения растворителя и скорости диффузии соли возможны два варианта - кристаллизация соли в объеме капли с образованием одного или нескольких монокристаллов и кристаллизация на поверхности капли с образованием множества кристаллов. Кристаллизация соли в объеме капли происходит, если к моменту достижения Скр на поверхности капли, величина С>С. во всем ее объеме. Кристаллизация соли на поверхности капли с образованием пустотелой сферической частицы происходит, если С>С, лишь для периферийной области капли. Для №С1 свойственно образование кристаллов кубической сингонии, что и наблюдается на рис. 12,19.

В работе [5] показано, что морфология частиц определяется параметром К, Приведены расчеты, показавшие, что граничным условием, отде-

ляющим режимы образования полых и сплошных частиц является К' =0,6. При К1 > К* процесс испарения происходит быстрее диффузионного переноса и образуются полые частицы; при К, < К^ испарение идет медленнее диффузии, и образуются сплошные частицы. Из таблицы 5 следует, что К, = 0,33, т.е. по оценочным теоретическим соображениям для данных условий распыливания должны образовываться сплошные частицы, что противоречит данным экспериментального исследования.

Таким образом, можно утверждать, что при взрывном распыливании создаются условия быстрого испарения капель за счет высоких скоростей выброса жидкости из сопла. Характерное время скоростной релаксации капель намного меньше времени испарения, но в течение этого времени испарение происходит намного быстрее, чем стационарное испарение тех же капель, т.е. процесс испарения в этот промежуток времени происходит быстрее диффузии. В итоге на поверхности капли концентрация соли близка к значению перенасыщения и даже такого короткого времени достаточно для начального образования корки кристаллов и дальнейшего образования полых сферических частиц за счет вторичного осаждения соли на внутренней поверхности солевой корки. В заключении сформулированы основные выводы:

1. На основании проведенного аналитического обзора конкретизированы стадии формирования аэрозольной жидко-капельной среды, характерные для взрывного распыливания:

-диспергирование кавитированной жидкости и формирование жидко-капельного потока в результате срабатывания ВВ;

- эволюция капель в потоке и взаимодействие с внешней средой при высоких скоростях (~ 200 м/с);

- формирование и эволюция аэрозольного облака.

2. Разработан экспериментальный стенд и методики, позволившие проводить полный комплекс исследований быстропротекающих процессов, включающее измерение температурных полей, оптической плотности и малоугловой индикатрисы рассеяния света дисперсной средой, видеорегистрацию, а также возможность проведения электронно-микроскопических исследований.

3. Результаты экспериментального исследования по измерению дисперсности жидко-капельных аэрозолей с применением лазерной измерительной установки выявили ограничение на реализацию метода малоуглового рассеяния при взрывном распыливании, вызванное влиянием многократного рассеяния света на частицах аэрозоля. Для уменьшения такого влияния на результаты измерений применено изолирующее устройство в виде защитной трубки, что обеспечило уменьшение времени начала регистрации с 50 мс до 8 мс и позволило впервые провести измерение дисперсности в факеле распылителя на основе УГТ с нагружающим зарядом ВВ на начальных этапах образования аэрозоля.

4. Впервые получены экспериментальные данные о процессах диспергирования жидкостей, эволюции дисперсных характеристик жидко-капельных облаков при взрывном распыливании устройствами в виде УГТ. Показано, что в центре облака характеристики, начиная с 8 мс вплоть до 2 с развития практически постоянные, а на границе облака существенное изменение дисперсности капель наступает уже к 1 с. Получены экспериментальные данные о влиянии поверхностного натяжения на дисперсность взрывного распыливания.

5. Предложена новая методика определения дисперсности капель при распыливании солевых растворов, заключающаяся в проведении электронно-микроскопического исследования жидко-капельного аэрозоля по солевому остатку в широком диапазоне размеров частиц.

6. Установлено, что морфология частиц, получаемых при взрывном распыливании растворов ЫаС1, может быть различной - сплошные поликристаллические и монокристаллические образования, пустотелые сферы. Приведенные данные указывают на нестационарные условия испарения капель на начальном этапе их эволюции (до 8 мс с начала распыливания).

7. Предложена физико-математическая модель эволюции капель при взрывном распыливании. В соответствии с которой выявлены следующие закономерности данного процесса:

- в краткосрочный промежуток времени (до нескольких секунд) после взрывного образования высокодисперсного аэрозоля наиболее существенным фактором, влияющим на изменение спектра размеров капель, является испарение;

- при взрывном распыливании создаются условия быстрого испарения капель за счет высоких скоростей выброса жидкости из сопла, на что указывает морфология частиц при распыливании растворов №С1.

- короткого времени в момент выброса достаточно для начального образования корки кристаллов на поверхности капель и дальнейшего образования полых сферических частиц за счет вторичного осаждения №С1 на внутренней поверхности солевой корки.

Автор выражает благодарность д.ф.-м.н., проф. В.А. Архипову (зав. отделом газовой динамики физики взрыва НИИ ПММ ТГУ) за обсуждение результатов работы и ряд критических замечаний, д.т.н. О.С. Татаринцевой (зав. лабораторией материаловедения минерального сырья ИПХЭТ СО РАН) за консультации и помощь в оформлении результатов работы, а также коллективу лаборатории физики преобразования энергии высокоэнергетических материалов ИПХЭТ СО РАН за помощь, оказанную в ходе проведения исследований.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Ишматов А.Н. Исследование развития высокодисперсного аэрозоля жидкости с учетом влияния слабоиспаряемой примеси / А.Н. Ишматов, Б.И. Ворожцов // Краткие сообщения по физике. ФИАН. - Москва. - 2010 -№ 1. - С. 22-27.

Ishmatov A.N. Study of the evolution of a finely dispersed liquid aerosol, taking into account the effect of hardly evaporable impurity / A.N. Ishmatov, B.I. Vorozhtsov // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. - 2010. - Vol. 37, № 1. -P. 13-15.

2. Ворожцов Б.И. Взрывная генерация высокодисперсных жидкокапельных аэрозолей и их эволюция / Б.И. Ворожцов, О.Б. Кудряшова, А.Н. Ишматов, И.Р. Ахмадеев, Г. В. Сакович // Инженерно-физический журнал. - 2010. - Т. 83, №6.-С. 1084-1104.

Vorozhtsov B.I. Explosion generation of microatomized liquid-drop aerosols and their evolution / B.I. Vorozhtsov, O.B. Kudiyashova, A.N. Ishmatov, I.R. Akhmadeev, G.V. Sakovich // Journal of Engineering Physics and Thermophys-ics. - 2010. - V. 83, № 6. - Р. 1149-1169.

3. Ишматов А.Н. Развитие дисперсности в облаке жидкокапельного аэрозоля, полученного взрывным способом // Ползуновский вестник. - Барнаул. -2010,-№3,-С. 175-180.

4. Кудряшова О.Б. Ударно-волновая генерация высокодисперсных жидко-капельных аэрозолей / О.Б. Кудряшова, Б.И. Ворожцов, Е.В. Муравлев, А.Н. Ишматов, А.А. Павленко // Ползуновский вестник. - Барнаул. - 2010. -№4.-С. 95-101.

5. Ишматов А.Н. Генезис высокодисперсного аэрозоля: влияние слабоиспаряемой примеси на дисперсные характеристики / А.Н. Ишматов [и др.] //Динамика сплошной среды. -2010.-Вып. 126.-С. 73-76.

6. Ишматов А.Н. Программное обеспечение анализа дисперсности и формы частиц при микроскопическом исследовании. // Информационные технологии в науке, экономике и образовании: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Бийск. - 2009. - Т.1. - С. 147-149.

7. Ишматов А.Н. Жидкокапельный аэрозоль, полученный с использованием ВЭМ, в условиях повышенной влажности / А.Н. Ишматов [и др.] // Перспективы создания и применения высокоэнергетических материалов: доклады III научно-технической конференции молодых ученых. - Бийск. - 2010. - С. 83-90.

8. Ishmatov A.N. Features of HEMs Application for Generation of Ultradis-persed Liquid-Drop Aerosols / A.N. Ishmatov, B.I. Vorozhtsov // High Energy Materials: Demilitarization, Antiterrorism and Civil Application: Abstracts of V International Workshop HEMs-2010. - Biysk. - 2010. - P. 164-166.

9. Ишматов A.H. Применение метода малоуглового рассеяния для исследования высококонцентрированных жидкокапельных аэрозолей / А.Н. Ишматов [и др.] // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях: Материалы 7-й Всеророссийской научно-технической конференции. - Бийск. - 2010. - С. 136-140.

10. Ишматов А.Н. Эволюция дисперсности в факеле распыла взрывного распылителя / А.Н. Ишматов, Б.И. Ворожцов, О.Б. Кудряшова, С.С. Титов // Аэрозоли Сибири. XVII Рабочая группа: Тезисы докладов. - Томск. - 2010. - С. 29.

И. Ишматов А.Н. Влияние поверхностно-активных веществ на взрывное образование жидкокапельного аэрозоля / А.Н. Ишматов, Б.И. Ворожцов, О.Б. Кудряшова, И.В. Казанцев, Н.В. Коровина // Аэрозоли Сибири. XVII Рабочая группа: Тезисы докладов. - Томск. - 2010. - С. 29-30.

12. Ишматов А.Н. Методика экспериментального исследования образования жидкокапельного аэрозоля взрывным способом / А.Н. Ишматов, Б.И. Ворожцов, И.Р. Ахмадеев, Е.В. Муравлев // Аэрозоли Сибири. XVII Рабочая группа: Тезисы докладов. - Томск. -2010.-С. 82.

13. Павленко A.A. Оптическая диагностика потоков субмикронного аэрозоля / A.A. Павленко, В.А. Архипов, С.С. Бондарчук, С.С. Титов, О.Б. Кудряшова, А.Н. Ишматов // Аэрозоли Сибири. XVII Рабочая группа: Тезисы докладов. -Томск.-2010.-С. 89.

Цитируемая литература

1. Кедринский B.K. Газодинамика взрыва: эксперимент и модели / В.К. Кедринский. - Новосибирск: Издательство СО РАН, 2000. - 435 с.

2. Стебновский C.B. Импульсное диспергирование как предельный режим разрушения жидкого объема / C.B. Стебновский // Физика горения и взрыва -2008,-Т. 44,№2-С. 117-128.

3. Ворожцов Б.И. Моделирование процесса диспергирования жидкости взрывным газогенератором / Б.И. Ворожцов, О.Б. Кудряшова, В.А. Архипов // Известия ВУЗов. Физика. -2008. -№ 8/2. - С. 107-114.

4. Ахмадеев И.Р. Метод и быстродействующая лазерная установка для исследования генезиса техногенного аэрозоля по рассеянию луча в контролируемом объеме: дис ... канд. тех. наук. - АлтГТУ - Бийск, 2008. - 98 с.

5. Архипов В.А., Бондарчук С.С., Жуков A.C. Тепломассоперенос при получении оксидов металлов плазмохимическим методом // XXIX Сибирский те-плофизический семинар: Материалы Всероссийской конференции. - Новосибирск. - 2010 г. - С. 1-12.

Тираж 100 экз.

Подписано в печать 08.08.2011 г. Печать - ризография. Заказ № 2011 -101 Отпечатано в типографии ФГУП «ФНПЦ «Алтай» 659322, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Ишматов, Александр Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРИ РАСПЫЛИВАНИИ

ЖИДКОСТЕЙ

1.1 Общая теория образования капель.

1.1.1 Механизмы диспергирования.

1.1.2 Вторичное дробление капель.

1.1.3 Кризис сопротивления.

1.2 Интенсификация процесса распыливания за счет импульсного ввода энергии ВЭМ.

1.3 Влияние кавитационных пузырьков на распыливание.

1.4 Взрывное распыливание жидкостей с использованием ВВ.

1.4.1 Модель взрывного распыливания жидкостей устройствами в виде модифицированной гидродинамической трубки.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. ВЫБОР МЕТОДОВ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИК

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Регистрация картины взрывного распыливания и дальнейшего развития облака аэрозоля.

2.2 Методы исследования дисперсных характеристик аэрозоля.

2.2.1 Методы измерения диспресности частиц по индикатрисе рассеяния.

2.2.1.1 Лидарные методы.

2.2.1.2 Метод полной индикатрисы.

2.2.1.3 Метод малых углов.

2.3 Методика экспериментального исследования взрывного распыливания жидкостей.

2.3.1 Лазерная измерительная установка «ЛИД-2М».

2.3.2 Оптимизация методики выполнения измерений аэрозолей установкой «ЛИД-2М».

2.4 Методика микроскопического исследования дисперсности капель аэрозоля.

2.5 Измерительный стенд комплексного исследования.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Динамика развития факела распыла и дисперсности капель.

3.2 Распыливание в условиях повышенного влагосодержания.

3.3 Распыливание жидкостей с различным поверхностнымнатяжением.

3.4 Исследование дисперсности жидко-капельного аэрозоля по измеренному спектру размеров кристаллов, образуемых при распыливании растворов солей.

3.4.1 Эволюция частиц в облаке.

3.4.2 Микроскопическое исследование частиц.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ

ЭВОЛЮЦИИ КАПЕЛЬ

4.1 Постановка задач моделирования.

4.2 Оценка характерных времен.

4.3 Математическая модель оценки эволюции капель.

4.3.1 Математическая модель испарения капель чистой жидкости.

4.3.2 Испарение движущихся обдуваемых капель.

4.3.3 Оценка адекватности модели испарения капель воды.

4.3.4 Испарение капель в присутствии примесей.

4.3.5 Оценка адекватности модели испарения капель раствора ИаС1.

4.4 Оценка эволюции капель при взрывном распыливании жидкостей.

4.4.1 Теоретическая оценка эволюции капель на начальных этапах образования облака аэрозоля.

4.4.2 Теоретическая оценка эволюции капель в облаке аэрозоля.

4.4.3 Теоретическая оценка морфологии частиц при взрывном распыливании раствора ИаС1.

Выводы по четвертой главе.

Введение диссертация по механике, на тему "Эволюция мелкодисперсных капель при взрывном распылении жидкостей"

Актуальность темы диссертации. В настоящее время существует ряд задач по высокоэффективному импульсному получению высокодисперсных аэрозолей, применяемых для целей дезинфекции, дезактивации, мгновенного создания жидко-капельных барьеров на пути распространения токсичных газов, взрывных волн в шахтах и на др. объектах, а также для постановки светотепло-защитных аэрозольных барьеров с целью эвакуации персонала и сохранности работоспособности оборудования в условиях пожара.

Серьезную проблему представляет эффективность распыливания жидкостей, поскольку только'небольшая часть энергии расходуется на образование капель, большая ее часть переходит в кинетическую энергию потока. Чем меньше диаметр образуемых частиц, тем меньше эффективность распыливающих устройств. В частности, для получения 20 мкм капель воды эффективность распылителей составляет менее 1 % [1-3]. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показывает, что модернизация существующих гидравлических, пневматических и механических систем распыливания не может привести к необходимому качественному улучшению [4]. Поэтому для обеспечения решения описанных задач получения жидко-капельных аэрозолей необходимы новые методы, основанные на эффективных механизмах распыления.

Этим целям и задачам соответствует метод взрывного (импульсного) распыливания жидкостей, отличающийся малым временем образования облака аэрозоля. Возможность включения импульсных устройств в существующие системы пожаротушения, взрывопредотвращения и системы обеспечения эвакуации персонала в совокупности с современной вычислительной и измерительной техникой позволяет создавать эффективные автоматизированные системы мгновенного реагирования. Потребности практики разработки распылителей взрывного типа приводят к необходимости исследований принципов импульсного распыла и, соответственно, импульсных энергетических воздействий на рабочее тело с направленностью на интенсификацию целевых процессов.

Использование высокоэнергетических материалов (ВЭМ) в качестве энергоносителя в распылителях взрывного типа имеет ряд преимуществ, поскольку ВЭМ позволяют получать достаточно энергии за короткий промежуток времени, при этом ВЭМ занимают небольшой объем, что дает возможность автономного конструкторского исполнения распылителей. Преимущества ВЭМ существенны при применении таких устройств в описанных системах создания аэрозолей, хотя имеются и недостатки в виде специфики работы с ВЭМ.

В работах [5-7] проводилось построение обобщённой модели и экспериментальные исследования процессов импульсного диспергирования жидких объемов. В [5] было установлено, что для системы «жидкий цилиндрический объем — нагружающий цилиндрический заряд взрывчатого вещества (ВВ), расположенный на оси симметрии жидкого объема» в импульсном режиме можно диспергировать в капли размером менее 15 мкм не более половины жидкого исходного объема, даже в случае достижения предельно больших значений среднеобъемной дисперсности газокапельной системы. Также известна схема взрывного распыливания на основе ударной гидродинамической трубки с нагружающим зарядом ВВ (далее УГТ) [8], где реализуются отличные от приведенных выше условия и достигается более высокая степень диспергирования с максимально полным расходом жидкости. Такая- схема на сегодняшний день изучена еще не достаточно полно, поэтому проведение комплексного исследования в области взрывного распыливания жидкостей с учетом не только воздействия ударных волн на диспергируемую среду для условий УГТ, но также взаимодействия генерированного облака капель с внешней средой, безусловно, является актуальным, т.к. позволит выявить основные закономерности образования и эволюции дисперсной фазы, развить теорию взрывного диспергирования жидкостей, способствовать повышению эффективности распыления жидкостей разрабатываемыми импульсными устройствами.

Взрывной механизм образования жидко-капельных сред чрезвычайно сложен и характеризуется большим числом параметров, которые определяются как свойствами дисперсной фазы, так и свойствами внешней среды; анализ этих процессов невозможен без понимания физической сущности диспергирования жидкости. К тому же взрывной способ распыливания имеет ряд особенностей, таких как малое время образования аэрозольного облака, высокая скорость выброса жидкости (при критических числах Вебера), нестационарность процессов образования и развития аэрозоля в условиях испарения, полидисперсность распыления, требующих разработки и внедрения- новых методик и методов для проведения экспериментального и теоретического исследования. Сложными представляются вопросы, связанные с описанием динамики облаков субмикронных капель, т.к. необходимо взаимосвязано рассматривать процессы испарения, осаждения и коагуляции капель с учетом физико-химических свойств распыливаемой жидкости и окружающей среды. Это представляет не только теоретический интерес, но является важным при разработке практических приложений.

Исследования диссертационной работы проводились в рамках проектов фундаментальных исследований СО РАН* № 5.5.1.3 и V.40.1.1: «Физико-математические основы эффективного преобразования энергии горения и взрыва новых высокоэнергетических материалов для автономной генерации ударно-акустических волн, высокодисперсных аэрозольных сред и развитие методов их диагностики», при частичной поддержке гранта РФФИ № 11-01-90701.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

2. Провести и обосновать выбор методов и средств экспериментального исследования с учетом специфики взрывного распыливания.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны экспериментальный стенд и методики, позволившие впервые провести весь комплекс исследований быстропротекающих процессов при взрывном, диспергировании жидкостей, включающих измерение температурных полей, оптической-плотности, малоугловой индикатрисы рассеяния-света дисперсной средой и скоростную видеорегистрацию.

4. С помощью разработанного экспериментального комплекса, получены новые данные по характеристикам жидко-капельных сред. Впервые приведены экспериментальные данные о влиянии поверхностного натяжения жидкостей на дисперсность капель образующихся при взрывном- распыливании устройствами на основе УГТ. Также при распыливании растворов ЫаС1 установлено, что морфология солевых частиц может быть различной — сплошные поликристаллические и монокристаллические образования, пустотелые сферы, это указывает на нестационарные условия испарения капель на начальном этапе их эволюции.

5. Предложена физико-математическая модель, позволяющая проводить оценку эволюции капель при взрывном распыливании жидкостей устройствами на основе УГТ с нагружающим зарядом ВВ. Результаты численного эксперимента показали, что в краткосрочный промежуток времени (до нескольких секунд) после взрывного распыления наиболее существенным фактором, влияющим на изменение спектра размеров капель, является испарение.

Практическая ценность работы. Экспериментальное исследование процесса распыливания устройствами в виде УГТ имеет фундаментальное значение с точки зрения понимания и объяснения процессов импульсного диспергирования жидких объемов и дальнейшей эволюции образованных аэрозольных жидко-капельных сред. Исследования необходимы для верификации результатов численных экспериментов и развития физико-математической, модели кави-тационного взрывного диспергирования жидкостей.

Результаты проведенной работы могут найти применение для. исследования устройств создания аэрозолей различной номенклатуры. Разработанный экспериментальный комплекс благодаря широкому спектру возможностей измерений в настоящее время используется для решения различных научных задач при исследовании параметров аэродинамических, гидравлических и ультразвуковых систем распыливания.

На защиту выносятся:

1. Методики комплексного исследования взрывного распиливания жидкостей.

2. Результаты экспериментального исследования эволюции капель при взрывном распыливании жидкостей.

4. Методика исследования эволюции капель по распыливанию солевых растворов.

5. Результаты экспериментального исследования морфологии частиц образуемых при взрывном распыливании растворов NaCl.

6. Результаты численного эксперимента оценки эволюции капель при взрывном распыливании жидкостей.

Публикации

По материалам диссертации опубликованы 13 научных работ, в том числе 3 статьи в периодических рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Апробация работы

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 129 наименования, 50 из которых — зарубежные источники. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 49 рисунков.

Заключение диссертации по теме "Механика жидкости, газа и плазмы"

Выводы по четвертой главе

В ходе проведения теоретического моделирования процессов эволюции капель при взрывном распыливании показано

1. В краткосрочный промежуток времени (до нескольких секунд) после взрывного образования высокодисперсного аэрозоля наиболее существенным фактором, влияющим на изменение спектра размеров капель, является испарение. Процессы скоростной релаксации, выравнивания температуры, и нестационарных возмущений в объеме капле при проведении оценок изменения дисперсности капель можно не учитывать, также как и гравитационное осаждение частиц.

2. Эффект обдува капель имеет воздействие на изменение дисперсности только на этапе диспергирования и разлета жидкости при срабатывании ВВ.

3. Путем сравнения экспериментальных данных и теоретических расчетов по испарению отдельных капель показано

- модель эволюции капель чистой воды и раствора неиспаряемой примеси пригодна для проведения оценок эволюции капель;

- при испарении капель раствора №С1 образуются монокристаллы соли кубической формы, размер которых обусловлен размером капли и содержанием в ней примеси.

4. При взрывном распыливании создаются условия быстрого испарения капель за счет высоких скоростей выброса жидкости из сопла. Характерное время скоростной релаксации капель намного меньше времени испарения, но в течение этого времени испарение происходит намного быстрее, чем стационарное испарение тех же капель, т.е. процесс испарения в этот промежуток времени происходит быстрее диффузии. В итоге на поверхности капли концентрация соли близка к значению перенасыщения и даже такого короткого времени достаточно для начального образования корки кристаллов на поверхности капель и дальнейшего образования полых сферических частиц за счет вторичного осаждения соли на внутренней поверхности солевой корки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании проведенного аналитического обзора конкретизированы стадии формирования аэрозольной жидко-капельной среды, характерные для взрывного распыливания: диспергирование кавитированной жидкости и формирование жидко-капельного потока в результате срабатывания ВВ; эволюция капель в потоке и взаимодействие с внешней средой при высоких скоростях (~ 200 м/с); формирование и эволюция аэрозольного облака.

2. Разработан экспериментальный стенд и методики, позволившие проводить полный комплекс исследований быстропротекающих процессов, включающее измерение температурных полей, оптической плотности и малоугловой индикатрисы рассеяния, света дисперсной средой, видеорегистрацию, а также возможность проведения электронно-микроскопических исследований.

3. Результаты экспериментального исследования по измерению дисперсности жидко-капельных аэрозолей с применением лазерной измерительной установки выявили ограничение на реализацию метода малоуглового, рассеяния при взрывном распыливании, вызванное влиянием многократного рассеяния света на частицах аэрозоля. Для уменьшения такого влияния на результаты измерений применено изолирующее устройство в виде защитной трубки, что обеспечило уменьшение времени начала регистрации с 50-мс до; 8 мс и позволило впервые провести измерение дисперсности в факеле распылителя на основе УГТ с нагружающим зарядом ВВ на начальных этапах образования аэрозоля.

6. Установлено, что морфология частиц, получаемых при взрывном распыливании растворов №01, может быть различной — сплошные поликристаллические и монокристаллические образования, пустотелые сферы. Приведенные данные указывают на нестационарные условия испарения капель на начальном этапе их эволюции (до 8 мс с начала распыливания).

7. Предложена физико-математическая модель эволюции- капель при взрывном распыливании. В соответствии с которой выявлены следующие закономерности данного процесса:

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата физико-математических наук, Ишматов, Александр Николаевич, Бийск

1. Пажи Д.Г. Распиливающие устройства в химической промышленности / Д.Г. Пажи, Э.Л. Ламм. М., Химия, 1975. - 200 с.

2. Пажи Д.Г. Основы техники распыливания жидкостей / Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии / Д. Г. Пажи, B.C. Галу-стов. М.: Химия, 1984. - 256 с.

3. Yule A. J., and Dunkley J J. Atomization of Melts for Powder Production and Spray Deposition, Clarendon Press, Oxford, UK, 1994. 397 p.

4. Кедринский В.К. Газодинамика взрыва: эксперимент и модели. — Новосибирск: Издательство СОБРАН; 2000. -435 с.

5. Ударные и детонационные волны. Методы исследования / Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., Соловьев B.C., Сысоев H.H. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 276 с.

6. Стебновский C.B. Импульсное диспергирование как предельный режим разрушения жидкого объема // Физика горения и взрыва. 2008.- Т. 44, №2-С. 117-128.

7. Кудряшова О.Б., Ворожцов Б.И., Архипов В:А. Моделирование процесса диспергирования жидкости взрывным газогенератором // Известия ВУЗов. Физика. 2008. - № 8/2. - С. 107-114.

8. Островский Г.М. Прикладная механика неоднородных сред. СПб.: Наука, 2000. - 359 с.

9. Chen D.R., Pui D.Y. H., Kaufman S.L. Electrospraying of conduction liquids for monodisperse aerosol generation in 4 nm to 1,8 |ші diameter range // J. Aerosol Sei. 1995. - Vol. 26. - P. 963-977.

10. Yule A.J., Widger I.R. Swirl atomizers operating at high water pressure // Int. J. Mech. Sei. 1996.-V.38 . - P. 981-999.

11. Liu H. Science and Engineering of Droplets Fundamentals and Applications. - William Andrew Publishing: Noyes, 2000. — 508 p.

12. Lefebvre A.H. Atomization and Sprays. Hemisphere, New York, 1989.417 p.

13. Rayleigh L. On the Instability of Jets // Proc. Lond. Math. Soc. 1878. -Vol. 10.-P. 4-13.

14. Витман Jl.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев И.И. Распыливание жидкости форсунками // Под ред. С.С. Кутателадзе. — М.: Государственное энергетическое издательство, 1962. — 258 с.

15. Weber С. Zum Zerfall eines Flüssigkeitsstrahles // Z. Angew. Math. Mech. 1931.-Vol. 11.-P. 136-154.

16. Miesse C.C. Correlation of Experemental Data on the Disintegration of Liquid Jets // Ind. Eng. Chem. 1955. - Vol. 47, № 9. - P. 1690-1701.

17. Reitz R.D. Atomization and Other Breakup Regimes of a Liquid Jet: Ph.D. Thesis. Princeton University, Princeton, NJ, USA, Sept. (1978).

18. Ohnesorge W.V. Die Bildung von Tropfen aus Düsen beim Zerfall flüssiger Strahlen // Z. Angew. Math.Mech. 1936. - Vol. 16. - P. 355-358.

19. Sarchami A., Ashgriz N. An atomization model for plate nozzles // AlChE. Fluid mechanics and transport phenomena. Aprill 2010. - Vol. 56, № 4. - P. 849857.

20. McCreery G, Stoots C. Drop formation mechanism and size distribution for spray plate nozzles // Int J Multiphase Flow. 1996. - № 22. - P. 431-452.

21. Lienemann H, Shrimpton J., Fernandes E. A study on the aerodynamic instability of attenuating liquid sheets // Exp Fluids. 2007. - № 42. - P. 241-258.

22. Couto H. S.; Bastos-Netto D. Generalized liquid film atomization theory // Journal of Thermal Science. 2000. - Vol. 9, Issue 3. - P. 265-270.

23. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред, ч.1. — М.: Наука, 1987. -464 с.

24. Tanasawa Y., and Toyoda S. On the Atomization of Liquid Jet Issuing from a Cylindrical Nozzle // The Technology Reports of the Tohoku University, Jpn. 1955. -№. 19-2.-P. 135-156.

25. Асланов С.К. К теории распада жидкой струи на капли // ЖТФ. — 1999.-Т. 69, вып. 11. — С.132-133.

26. Ahmed М., Amighi A., Ashgriz N., Tran Н. Characteristic of liquid sheet sprays formed by splash nozzles // J. Exp. Fluids. 2008. - №44. - P. 125-136.

27. Taylor G. Formation of thin flat sheets of water // Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1960. - Vol. 259. - P. 1-17.

28. Dombrowski N., Hasson D., Ward DE. Some aspects of liquid through fan spray nozzles // Chem. Eng. Sci. 1960. - № 12. - P. 35-50.

29. Lefebvre A. Fifty years of gas turbine fuel injection // Atomisation Sprays. -2000. -№ 10. -P. 251-276.

30. Chryssakis C.A., Assanis D.N., Lee J.K., Nishida K. Fuel spray simulation of high-pressure swirl-injector for DISI engines and comparison with laser diagnostic measurements // SAE. 2003-01-0007, 2003.

31. Han Z., Parrish E., Farrell P.Y., Reitz R.D. Modeling atomization processes of pressure-swirl hollow-cone fuel sprays // Atom. Sprays. 1997. - Vol. 7. -P. 663-684.

32. Yamauchi Т., Wakisaka T. Computation of the hollow-cone sprays a high-pressure swirl injector for a gasoline direct-injection SI engine // JSAE Review. -1996.-Vol. 17, №4.-P. 436.

33. Stepuk L.J., Kavgarenja A.N., Tanas W. Design procedure of monodisperse sprayer of the clarified manure drains // Journal of research and application in agricultural engineering. 2005. - Vol. 50, № 4. - P. 63-65.

34. Shavit U., Chigier N. Developmen and Evaluation of a New Turbulence Generator for Atomization Research // Exp. in Fluids. 1996 - Vol. 20, № 4. — P 291-301.

35. Brennen C.E. Fundamentals of Multiphase Flow. — Cambridge University Press, 2005. 407 p. - ISBN 13 978-0-521-84804-6

36. Симаков H.H. Кризис сопротивления капель при переходных числах Рейнольдса в турбулентном двухфазном потоке факела распыла механической форсунки // ЖТФ. 2004. - Т. 74, вып. 2. - С.46-50.

37. Симаков Н.Н. Экспериментальное подтверждение раннего кризиса сопротивления на одиночном шаре // ЖТФ. — 2010. Т. 80, вып. 7. - С. 1-7.

38. Кутепов A.M., Полянин А.Д., Запрянов З.Д., Вязьмин А.В., Казенин Д.А. Химическая гидродинамика: справочное пособие. — М.: Квантум, 1996. -336 с.

39. Asavatesanupap Ch., Sadhal S.S. Fluid dynamical analyses of a particles with large vapor transport in poiseuille flow // Interdisciplinary transport phenomena. 2009. - Vol. 1161. - P. 268-276.

40. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя — Пер. с нем. М.: Наука, 1974.-712 с.

41. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VI. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. - 736 с.

42. Лойцянский Г.Г. Механика жидкости и газа — М.: Наука, 1978.736 с.

43. Коныгин С.Б., Косарева А.А. Поверхностное натяжение: Метод, указ. к самостоятельной работе Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2008. — 23с.

44. Кардашев Г.А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии. — М.: Химия, 1990. — 208 с.

45. Дискретно-импульсный ввод энергии в теплотехнологиях / А. А. До-линский, Б.И. Басок, С.И. Гулый и др. Киев: ИТТФ НАНУ, 1996. - 206 с.

46. Долинский А.А. Использование принципа дискретно-импульсного ввода энергии для создания эффективных энергосберегающих технологий // Инженерно-физический журнал. 1996. - Т. 69, № 6. -С. 855 - 896.

47. Юткин JI.A. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. — Л.: Машиностроение, 1986. 253 с.

48. Светлов Ю.В. Интенсификация тепловых и гидродинамических процессов в аппаратах с турбулизаторами потока; Теория, эксперимент, методы расчета. М.: Энергоатомиздат, 2003. - 304 с.

49. Lefebvre А.Н. Some recent developments in twin-fluid atomization // Particle and particle systems characterization. 1996. - Vol. 13, № 3. — P. 178-224.

50. Lund M.T., Sojka P.E., Lefebvre A.H., Gosselin P.G. Effervescent Atomization at Low Mass Flow Rates. Part I: The Influence of Surface Tension // Atomization and sprays 3.-1993. Vol. 3, Issue 1. P. 77-89.

51. Котоусов JI.C. Исследование скорости водяных струй на выходе из сопел с различной геометрией // ЖТФ. — 2005. — Т. 75, вып. 9. — С. 8-14.

52. Kubota H.Y. A., Kato Н. A new modeling of cavitating flows: A numerical study of unsteady cavitation on a hydrofoil section // J. Fluid Mech. 1992. -Vol. 240. - P. 59-96.

53. Giannadakis E., Gavaises M., Arcoumanis C. Modelling of cavitation in diesel injector nozzles // J. Fluid Mech. 2008. - Vol. 616. - P. 153-93.

54. Dabiri S., Sirignano W. A., Joseph D.D. A numerical study on the effects of cavitation on orifice flow // Phys. Fluids 22. 2010. - Vol. 22, Issue 4. - P 042102-042102-13.

55. Chen S.K. Influence of Ambient Air Pressure on Effervescent Atomization: Ph. D. Thesis. Purdue University, 1992.

56. Schmidt D.P., Nouar I., Senecal P.K., Rutland C.J., Martin J.K., Reitz R.D. Pressure-Swirl Atomization in the Near Field // SAE. 1999. - Paper 01-0496.

57. Кудряшова О.Б., Ворожцов Б.И., Муравлев E.B., Ахмадеев И.Р., Павленко А.А., Титов С.С. Экспериментальное моделирование взрывного диспергирования жидкости и порошков // Известия ВУЗов. Физика. — 2008 — № 8/2. — С. 115-121.

58. Кудряшова О.Б., Ворожцов Б.И., Архипов В.А., Бондарчук С.С. Математическое моделирование взрывного способа генерации аэрозолей // Сборник материалов XIV Симпозиума по горению и взрыву. — Черноголовка: ИПХФ РАН, 2008. С. 269.

59. Vorozhtsov B.I., Kudryashova О.В., Muravlev Ye.V., Akhmadeev I.R., Pavlenko A.A., Titov S.S. Physicomathematical modeling of explosion dispersion of liquid and powders. Proceeding of HEM-2009 // Biarritz,France; 2009. - # HEM004

60. Gudris N., Kulikowa L. Die Verdumpfimg Keiner Wasser Tropfen (Evaporation of small Drops of Water) // Zeitschrift fur Physiks. — 1924. -Vol. 25, № 2.-P. 121-132.

61. Козырев A.B., Ситников A. Г. Испарение сферической капли в газе среднего давления // Успехи физических наук. 2001. — Т. 171, № 7. - С. 765774.

62. Ахмадеев И.Р. Метод и быстродействующая лазерная установка для исследования генезиса техногенного аэрозоля по рассеянию луча в контролируемом объеме: дис . канд. тех. наук. АлтГТУ - Бийск, 2008. - 98 с.

63. Архипов В.А. Аэрозольные системы и их влияние на жизнедеятельность: Учебное пособие. / В.А. Архипов, У.М. Шереметьева. Томск: Издательство Томского государственного педагогического университета. — 2007. — 136 с.

64. Ван де Хголст Г. Рассеяние света малыми частицами: Пер. с англ. — М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1961. 536 с.

65. Грин X., Лейн В. Аэрозоли пыли, дымы, туманы. — Л.: Изд-во Химия, Ленингр. отд-е, 1971. -428 с.

66. Mishchenko M.I., Travis L.D., Lacis А.А. Scattering, Absorption and Emission of Lightby Small Particles. Cambridge: Cambridge University Press, 2002.-486 c.

67. Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред / В.Н. Лопатин, А.В. Приезжев, А.Д. Апонасенко, Н.В. Шепелевич, В.В. Лопатин, П.В. Пожиленкова, И.В: Простакова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004: - 384 с.

68. Шифрин К.С. Рассеяние света в мутной среде. Л.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1951. -288 с.

69. Handbook of optics. Volume I. Fundementals, Techniques and Design / Michael Bass, editor in chief. 2nd ed. - McGraw-Hill, 1995. - 1606 c.

70. Mie G. Contributions on the optics of turbid media, particularly colloidal metal solutions: translated from German. — Albuquerque: Sandia Laboratories, 1978. -92 c.

71. Теоретические и прикладные проблемы рассеяния света / под ред. Б.И. Степанова, А.П. Иванова. — Минск: Наука и техника, 1971. 487 с.

72. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами. -М.: Мир, 1997. — 165 с.

73. Pontoppidan М., Gaviani G., Bella G., Rocco V. Direct Fuel Injection A study of injector requirements for different mixture preparation concepts // SAE technical paper No. 970628 - 1997.

74. Yoo J.H., Zhao F.Q., Liu Y., Lai M.C. Characterization of direct-injection gasoline sprays under different ambient and fuel injection condition // Proc. ICLASS'97. Seoul, Korea. - 1977. - P. 498-505.

75. Pitcher G., Winklhofer E. Droplet size and velocity measurements in the spray of direct injection gasoline injection // ILASS-Europe'98. — Manchester, UK. -1998.-P. 352-357.

76. Comer M.A., Bowen P.J., Sapsford S.M., Johns R.J.R. The transient effect of line pressure for pressure swirl gasoline injectors.// ILASS-Europe'98. — Manchester, UK. 1998. - P. 364-370.

77. Архипов B.A. Лазерные методы диагностики гетерогенных потоков. Томск: Издательство Томского университета. - 1987. - 140 с.

78. Пришивалко А.П., Науменко Е.К. Рассеяние света сферическими частицами и полидисперсными средами. — Минск, 1972. — 62 с.

79. Xu Renliang Particle Characterization: Light Scattering Methods. New York: Kluwer Academic Publishers , 2002. - p. 397.

80. Современные проблемы атмосферной оптики: В 9 т. Т. 8: Дистанционное оптическое-зондирование атмосферы / В.Е. Зуев, В.В. Зуев. — СПб. : Гид-рометеоиздат, 1992.—.231 с.

81. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды: Учеб. пособие для вузов / В.И. Козинцев, В.М. Орлов, М.Л. Белов и др. Под ред. В.Н. Рождествина. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э.Баумана, 2002. -528 с.

82. Каули Дж. Физика дифракции: Пер. с англ. М.: Мир, 1979. - 431 с.

83. Браун В., Герцог Г., Кортюм Г. Принципы и методика измерения в спектроскопии диффузного отражения // Успехи физических наук. — 1965. — Т.85, №2. С. 365-380.

84. Кандидов В.П., Милиции В.О., Быков А.В., Приезжев А.В. Использование корпускулярного и волнового методов Монте-Карло в оптике дисперсных сред // Квантовая электроника. 2006. - Т.36, №11. - С. 1003-1008.

85. Ахмадеев И.Р., Бондарчук С.С., Павленко А.А. Измерение размеров конденсированных частиц в гетерогенной плазме продуктов сгорания // Известия ВУЗов. Физика. 2006. - Т 49. - №6. - С. 16-19.

86. Архипов В.А., Ахмадеев И.Р., Бондарчук С.С., Ворожцов Б.И., Павленко А.А., Потапов М.Г. Модифицированный метод спектральной прозрачности измерения дисперсности аэрозолей // Оптика атмосферы и океана. 2007. -Т20. — №1. — С. 48-52.

87. Dumouchel С., Boyaval S. Use of the maximum entropy formalism to determine drop size distribution characteristics // Part. Part. Syst. Charact. 1999. - V. 16.-P. 177-184.

88. Dobbins R.A., Crocco L., Glassman I. Measurement of mean particles sizes of sprays from diffractively scattered light // AIAA J. 1963. - Vol 1, №8. - P. 1882-1886.

89. Dodge L.G. Change of calibration of diffraction-based particle sizers in dense sprays // Opt. Eng. 1984. - Vol. 23. - P. 626-630.

90. Felton P.G., Aigal A.A. Measurement of drop size distribution effects on the performance of a laser diffraction // Proc. ICLASS-85. London, 1985. - Paper IVA/4/1.

91. Paloposki Т., Kankkunen A. Multiple scattering and size distribution effects on the performance of a laser diffraction particle sizer // Proc. ICLASS-91. -Washington, DC., 1991. Paper 46. - P. 441-448.

92. Kudryashova O.B., Akhmadeev I.R., Pavlenko» A.A., Arkhipov V.A., Bondarchuk S.S. A Method for Laser Measurement of Disperse Composition and

93. Concentration of Aerosol Particles. Key Engineering materials. - 2010. - Vol. 437. -P. 179-183.

94. Кудряшова О.Б., Ахмадеев И.Р., Павленко A.A., Архипов В.А. Лазерный метод измерений дисперсного состава и концентрации частиц облака продуктов сгорания // Сборник материалов XIV Симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка: ИПХФ РАН, 2008. - С. 105.

95. Голубев А.Г., Ягодкин В.И. Оптические методы измерения дисперсности аэрозолей.// Труды ЦИАМ. 1978. - № 828. - 21с.

96. Иванов В.М., Семененко К.А., Прохорова Г.В., Симонов Е.Ф. Аналитическая химия натрия. — М.: Наука, 1986. — 245 с.

97. Ишматов А.Н., Ворожцов Б.И. Исследование развития высокодисперсного аэрозоля жидкости с учетом влияния слабоиспаряемой примеси // Краткие сообщения по физике. ФИАН Москва. — 2010 — № 1 — С. 22-27.

98. Кошкин Н.И., ШиркевичМ.Г. Справочник по элементарной физике. -М., 1972.-256 с

99. Волков В.И., Кадышева С.С., Белаш А.А. Метод исследования определенных физико-химических свойств жидкости // Известия АГУ. Сер. Математика и информатика. Физика. — 2004. — № 1 (31). — С.93-96.

100. Газовая динамика двухфазных течений в соплах / И.М. Васенин, В.А. Архипов, В.Г. Бутов, А.А. Глазунов, В.Ф. Трофимов. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1986. — 264 с.

101. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.599 с.

102. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. М.: Мир, 1975.320 с.

103. Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. М.: Мир, 1975.-296 с.

104. Фукс Н.А. Испарение и рост капель в газообразной среде. — М.: Мир, 1986.-314 с.

105. Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности: учебник-монография. — Долгопрудный: Интеллект, 2008. 568 с.

106. Davies C.N. Fundamentals of aerosol science / Ed. by Shaw D.T. New York: Wiley, 1978.-372 p.

107. Chernyak V. The kinetic theory of droplet evaporation // Journal of Aerosol Science. Sept. 1995. - Vol. 26, Issue 6. - P. 873-885.

108. Jones, Frank E. Evaporation of water: with emphasis on application and measurements. Chelsia, Michigan: LEWIS PUBLISHERS, INC, 1991. - 200 p.

109. Тверская Н.П. Испарение падающей капли // Ученые записки ЛГУ, серия физических наук. Л., 1949.- Вып. 7.— С. 241-266.

110. Michaelides Е. Particles, bubbles & drops: their motion, heat and mass transfer. World Scientific, 2006 - 410 p.

111. Мэйсон Б. Дж. Физика облаков. — Л.: Гидрометеоиздат, 1961. —542 с.

112. Киреев В.А. Курс физической химии. — М. Л.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1951. С 832.

113. Ворожцов Б.И, Кудряшова О.Б., Ишматов А.Н., Ахмадеев И.Р., Са-кович Г.В. Взрывная генерация высоко дисперсных жидко-капельных аэрозолей и их эволюция // Инженерно-физический журнал. — 2010. — Т. 83, № 6. С. 1084-1104.

114. Ишматов А.Н. Развитие дисперсий в облаке жидко-капельного аэрозоля, полученного взрывным способом // Ползуновский вестник. — 2010. — № 3 -С. 175-180.

115. Кудряшова О.Б., Ворожцов Б.И., Муравлев Е.В., Ишматов А.Н., Павленко A.A. Ударно-волновая генерация высокодисперсных жидко-капельных аэрозолей // Ползуновский вестник. — 2010. — №4 — С. 95-101.

116. Ишматов А.Н., Ворожцов Б.И., Кудряшова О.Б., Титов С.С. Эволюция дисперсий в факеле распыла взрывного распылителя // Аэрозоли Сибири. XVII Рабочая группа: Тезисы докладов. — Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН. 2010. - С. 29.