Взаимодействие мощного лазерного излучения с тугоплавким аэрозолем в условиях вакуума с учетом переконденсации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ. ВЫСШЕЙ ЭкОЛН И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕШШЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 535.511

Мл правах pjkoi.hi

ЛЯМКИНП ГАЛИНА ШДИМИРОРНА

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЙНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ТУГОПЛАВКИМ АЭРОЗОЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ВАКУУМА С У ЧЕГО И ПЕРЕКОНДЕНСППИИ

специальность 01,04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - иатпхатических наук

Барнаул - 1992

-О /

Работа выполнена в Алтайской государственном университете

.¡ЛУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ; доктор ^изико-иатекзтпческих наук, профессор бцкатмй 5,1!., кандидат физика-мзтемэтичапких ^аук. доцент Иайддк П.И. >>ШШАШШ£ ЭПМШЕИШ: доктоо физнко-матекатичвскик наук Доичснкп fi.fi.

кандидат фигико-мтецачичза'.их наук Лукин ';!.П,

ЬЕДиЦиЯ СФГбННЗМШ: Институт оптики атмосфс-ри СС РАН

Защита состаин-я "ЛО. " 1992 года в ча-

сов на заседании Специализированного сойота ii.0S3.53.03 пи защите диссертаций па соискание ученой степени кандидата фигино--•цатемйти'«ски>: наук при Томской государспшшон университете мм.Б.В. Куйбмипва (034010, г. Томск, пр. Ленине. 36. гл. корпус, ауд. 136)

С диссертацией мсшш ознакомиться к нзучноЛ библиотеке Томског университета,

Автореферат ра.>осл1н ___1992 года.

Ьчвний секретарь Спвииа/изнров^нного

со*вгг к, ф.-м. н. $¿,\{ци., Г.к, Д«йхсе .

i. ОБЩЙЙ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТЫ

Актуальность том». Быстрое развитие лазерной техники и её практическое ислользозакие в различных областях науки привело к необходимости всестороннего гсследования процессов распространения мощного лазерного излучения (LÍÍIH) в различных дисперсных сре-да:( и взаимодействия с ними. Зто связано i; тем, что дисперсная среда в той или иной степени присутствует практически везде.

Теоретические исследования стимулируются исключительным многообразием физических механизмов взаимодействия излучения с цвух-Фазннми системами в различных газогых средах и в условиях разре-яенной среди.

Распространение лазерного излучения в таких системах сопро-вохдаеТСЯ радом нелинейных зффектов. Одним из актуальных аспектов исследования в этой области является изучение закономерностей взаимодействия МЛИ с испарыящимся углеродным аэрозолем в условиях Еакууиа с учетом переконденсации испаренного вещества, а также изучение новых нелинейных эффектов, возникающих в связи с этими процессами.

Состояние вопроса. Нелинейное оптические эффекты в атчосфер-» ном аэрозоле непосредственно связаны с поведением его частиц в поле распространяющегося лазерного излучения. Е зависимости от происхождения, химического состав? и микроструктуры аэрозолей су-кестЕуит и разнообразна подходи к описании их свойств и характера взаимодействии с оптически« излучением. В последнее время появились многочисленные работы по-исследовании оптических свойств дымовых и савистых аэрозолей, а такье по определению концентрации улерода в атмосфере различных районов Земли и выявлении их источников.

Наиболее важными нелинейными эффектами в углеродних аэрозолях является горение и испарение аэрозольных частиц в поле Hillí. Исследовании этих процессов посвяцснь многие работы, выполненные в Институте оптики атмосферы СО РАН, Институте радиотехники я электроники РАН, Институте физики БйН, Алтайском госуннверситете и ряде других научных организаций.

При воздействии лазерного излучения с плотнестьи пото::а энер-

9 iP Z

гии воздействуиего излучения 10 - 10 Вт/м на тугоплавкие частицы, последние могут нагреватьсядотемпзратур 4000-5000 К . При

столь високнх температурах давление насиненных паров вещества, как правило, становится значительно сине атмосферного, В этих условиях разлет испарённого частицами вещества происхидит с высокими ско-рзстяьм, и диффузионная модель испарения становится неприменимой. Возникающее в системе перзсыщенпе почти мгновенно "снимается" в результате образования зародышей новой фазы. В ряде работ сообщается об экспериментально» обнаружении ыонодисперс:шх частиц в окрестности облучаеьоЛ ¿озеро* частици, образогзчних в результате конденсации пара. образом, возникает необходимость созданий адекват--. ной газодинамической мсдзли, позволяшцей учитывать влияние вторичных частиц но распространение МЛ'Д в подобных дисперсных средах,

Имеющиеся в на:тоз'дее нрвна физиио-матеиатичсские «одели в области воздействия ¡«ЛИ на вещестЕО у итиваит основные особенности горения и испарения тугоплавких частиц в мощном оптическом поле в сухом и влаиноа воздухе, с. также в условиях вакуума. Однако, о моделях испарения тугоплавких аэрозолей под действием ИЛИ в разрекек-них сродах процесс переконденсации воцества и* учитывается.

1[ельв_ дисевртационмой работы явл^екм теоретическое исследование процесса иэмнейного озаииодеПствия МЛН с тугоплавкими частицами в условиях вакуума на основе численного моделирования.

Начиная иопизна работы. Построена газодинамическая модель испарения одиночной углеродной частицы в условиях вакуума с учетсы пзрекэндзнгаци:: пересиленного пара в окрестности частицы. Гюс-тап-лени и изучены вопроси образования п развития двухфазной системы'.

Предложен твряодинаничзский метод нахождения степени конденсации пара в предположении его адиабатического расширения, оценены границы его применимости.

На основа продловенного метода, а такие предположения об нзо-энтропийкости испарения, разработана методика расчетов полей температуры. платности и скорости разлета кспарг.вдггосы вецества в окрестности углеродной частицы в зазисимости от размеров первичных частиц и краевых условий задачи на основе сохраняющейся функции процесса, разной ечкке кинетической энергии и энтальпии системи.

Записано уравнение для фунчции распределения вторичных частиц по разметам, образованных в результате конденсат». пересыченного пара в предяс.го»ечии, что элродыи;! новой Фаэи рождаются одинакового рагиера в относительно небольно^ области прострагст-'

ва, где полиса степень порос ыякэниа. За пределами этой области весь избыток пора практически мгновенно комденсирузтся на уяе образовавшихся ядрах конденсации. Размер зародим определяется из условия локального термодинамического равновесия между парой и конденсатом и считается равном 1С м.

Разработана методика нахождения концентрации и размеров мелкодисперсной фракции аэрозоля в зависимости от размеров перпичной частиц» и плотности потока энергии падаиего излучения.

На основе предложенного в работе ¡1] метода сотаетствия температуры Ту и плотности потока энергии падающего излучения I , получена зависимость, позволяпиая по известному произведения находить температуру поверхности частицы. Здесь Кп - фактор эффективности поглощения света частицей.

В прнблигешш однократного рассеяния я кзазистационзрносы процесса найдены объемный коэфсицизнт аэрозольного ослаблений двухфазной системой, образоганпой ч результате испарения монодчс-персного углеродного аэрозоля, и сечение рассеяния на система "первичные части'цп вторичные частики".

Научная и практическая ценность. Построенная модель сзаимо-действия ИЛИ с углеродным аэрозолем в условиях вакуума с учетом переконденсации подтвердила необходимость рассмотрения влияния образушогося в результате конденсации облака вторичных частиц на оптические характеристики всей системы. Она позволила болов корректно поставить задачу о нахондении термодинамических характеристик в окрестности испаряющейся частицы, сформулировать условия проведения экспериментальных работ в этой области исследований, а также показала всэмгнос')Ь проведения численных расчетов оптических характеристик системы не только в случае однократного рассеяния, но я многократного, как для заданной плотности потока энергии падающего излучения, так к для заданной ак-шштддц электромагнитной волны.

Результаты работы когит бить использованы:

- для решения задач газовой динамики, связанных с практическим использованием лазероЕ В современник технологических процессах:

- при получении субмикрснного состава аэрозоля путем испарения тугоплавкой микрочастицы в вакууме;

- при интерпретации каделькы:: к на;урннх экспериментов по прохождении високои.нтвнсивного излучения через дисперсную среду в

условиях эакууаа:

- в диыскшх завесах, которое могно использовать в качестве преграды от лазерного излучения.

Достоверность пезцльтагов. Разработанная модель взаимодействия М/1И с тугоплавкими аэрозольными частицами и условиях ва-адка с учетоь пере^онденсации «спаренного вещества сопоставлялась с известными моделями горекия тугоплавки;: частиц с учетом испарения и испарения последних в атилсферних условиях. Созданное программное обеспечение для решения поставленной задачи предааритслы.а тестировалось выводом дополнительной информации по гшполнению законов сохранения потока испарявшегося вещества и его массы.

На задулч выносятся слгдчквие положения;

к Степень кондеьсации пара и термодинамические поля в окрестности испаряющейся частици могут быть найдени с помсцъю приближенного тзрцодинаиичвского метода без точного реаенич рравне- . Ш1Й ГИЭОДИЧЗкИУИ.

2. Размер области роста вторичных частиц, пбразовакних в результате |.спа?сшия тугоплавкоГ! частици, слабо зависит от исследуемых значений плотности'готска энергии падапщого излучения, и

. г? . А а , &

для 10 - 10 Вт/« он составляет порядна двадцати радиусов частици.

3. Оброзувщийся аэрозоли ясляетса очень .мелкодисперсном во исой области роста, размеров вторичных частиц, Максимальный размер вторичных частиц достигает дву::-т?ёх разнероз зародышей конденсата.

4. При плотностях потока воздействующего излучения ыеиызс В« 10 Ь'|'/м для монодисперсного углеродного аэрозоля, нпарящегося и атмосферных условиях, наблюдается оставление излучения, В случае испарения п условиях вакуума вклад вторичных частчц в ослабление излучения несущественен в силу калоши их геометрических размеров.

Апробация результатов. Г.о теие диссетации опубликовано ! 1 паучках работ. Основные полученные результаты Д1 кладызались на X (Г, Якутск, 1980) Всесоюзном симпозиуме по распространении лазерного излучения в атмосфере, ХУ Всесоюзной конференции "Актуальные вопроса физики аэррдисперсних систем" (г. Одесса, 1989), XI Всесоюзной симпозиуме г.о распространению лазерного изло'.ения в атмисфе ре и взадвч срадвх ( '.онск, 1931). таквь на чеучнгм сем,маре з ЬИН тепло- и массооГмена ¿ЙЬ1 (г. Нинсн, 1990) и 'V всесоюзной

конференции го применению лазеров о технологии и системах передачи и обработки информации ( г. Киев, 193!). Список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура :1 объёч работ. Диссертация состоит из введения, трёх глас, заключения и списка литература. Обвдй объ§н диссертации - ¡05 страниц навиксписного текста, внллчая 25 рисунков, 1 таблицу и библиографии из 106 наименований.

П. Сидервоние работи-

Во введении обоснована 'актуальность тени исследсв&ьия. проведен краткий обзор литератур!' по структуре, хникческоку составу н оптическим свойствам атмосферных аэрозолей. Приведет; данный, подтроря^агкио вирокоо распространенно частиц углерода различии* модификаций (саха, грабит* в атмоссере различных райокоз Земли, определено яеето данной диссертационной рабогц сред.: других публикаций, сформулирована цель работа, л оказана и обоснована её потопа , научная и пра/лическая ценность п достоверность нолучеи-ннх рчзу^ьтгтев, приведен» положения, винасииве на защиту,

В пергой главе разработана газодинамическая модели испарения одиночной углеродной частики в поле 1Ш в условиях вакууна с учётом перзконденсацин.

2 1.1 изложена исходная постановка задачи, записана снсге-нз газодинамических уравнений, опиенваюцгп разлет испарённого частицей нечестна. Для реиення систсыи введена степень конденсации пора ъ виде л

г де оА , - число молекул в едпкн^е объема, находящихся в

кондзкенрова.шей н газообразной сазах, соответственно.

Для упрощенна системы газодинамических уравнений обосновано коазистационарное приближение, связанное с малостью враиоп уста-ноьлзния термодинамических полей в окрестности частицы по сравнений г временем её полного испарения. Радиус частнци и температура её поверхности Т полагается кзвестг.шш величинами.

Система газодинамических уравнений, записанная с учетом сфе- ■ рической симметрии и коазистационарностс процесса, реиаетса длй случая адиабатического расширения ненаенцеияого пара к для случая расаирения пересыщенного пара, когда в относительно небольшой области пространства идет активная конденсация. За пределами этой области давление паре совпадает с давлением насиненного пара и пе-ресщчнив. фактически, "снимается".

3 перьок случае ревение системы легко находится аналитически. Оно допускает два релша испарения: дозвуковой и сверхзвукопой. Показано, что »¿и дозвуковой ренш 1 не пере низ в вакуум не выполняется условие для г.лптнгсти среси на бесконечности (0).

Пр. ревении ¿ачачи для второго случая возникает неосхсдчместь

нахождения введенной вняв степени ¿онденсацин пара в зависимости от температуры снеси. '

!) разделах 1,2, 1.3'обосновывается термодинамический подход I; реиенип задачи об испарении в вакуум и его использование при на-хондемнн неизвестной зависимости Х{Т). Показано. что в качестве первого приближения иояно считать, что весь 'избыто: пара мгно-зенно конденсируется па образовавшихся ядрах конденсации в очень узкой области, и существует термодинамическое равновесие кеяду паром и конденсатом. В райках да,(него приближения, считая раевнргние пара от поверхности частицы адиабатическим и изоэнтропичеекпм, из уравнения первого начала термодинамики находится вираяешге дли степени конденсации пара. Полученное нелинейное дифференциальное уравнение относительно температуры газовой смеси репается численно. Ранение уравнения показывает, что при Т-*~ О яг-*!, Фактически, однако, часть вецества уходит ¡(а бесконечность в газообра?нон состоянии . За принимается значение х(Т/ п теп точке, где длина свободного пробега становится порядке размера аэрозольной частицы, и теркодинада.еское рзвиовесие в системе не сохраняется,

3 !.'! приводился обоснование термодинамического метода для нахождения параметров испаренного ееаества в окпестности частицы и ставятся граничные условия задачи об испарении в вакуум г. плоской металлической поверхности, из которых следует, что в начальный момент и достаточно узкой области п системе существует пересипвние, Фактически, вблизи поверхности частицы начинается конденсация пара, и 'X становится отличным от нуля. Возникает задача постановки новых граничных условий с момента начала конденсации пара. Спи записывав!-ся в предположении, что за прэделамл области образования зародышей конденсат?» плотность пара становится равной плотности йаскаенниго пара, а скорость разлета пара равна местной скорости звука с газе.

Разделы 1.5, 1.6 посвянены реоенип систем!; газодинамических уравнений, описывавшей процесс испарения в вакуум с учетом перекон-денсеции и егс анализу. Система реиалас^ аналитически и численно, Аналитическое реиенне снстеки получено дли изпзитропичяскогп раски-рзнин пара в вакуум. Получена сокраняЕцадса функция процесса, ран-чад сумме кинетической энергии и энтальпии системы. Она позволяет в первом приближении находить термодинамические поля в окрестности испаряющейся тугоплавкой частицы, не прибегая к численному рэиенив си-стеыы, С помо'дьи найденной функции проводятся расчеты скорости, плот-

мости, давления, температуры и степени конденсации пара з зависимости от обратного расстояния до первичной частицы. Перечисленные параметры представлены в сравнении с такими хе параметрами, полученными при испарении углеродных частиц вполв liflli в атмосферных условиях и горении последних учётом испарения. Там не проводится сравнение результатов аналитического и численного методов решения системы газодинамических уравнений. Выяснено, что в случае, когда пересицение в системе отсутствует, наблюдается полное совпадение результатов. При существенных пересывениях в системе имеются незначительные различия, складывангднага, по-видимому, из ссшбок округления и ошибки численного метода,

Из решения газодинамический системы следует, что:

1. скорость разлета испаренного углерода растет от значения скорости звука в газе до сверхзвуковик скоростей, так что при .таких значениях .мелкие частицы не успевают вырасти и далее разлетаются на бесконечность вцесте с углеродным газом. При этом степонь кснденсаци:| пара становится порядка 0,3, то'есть меньшая часть массы испарённого вещества превращается в частицы, а большая - разлетается в виде гага,

2. температура двухфазной система в окрестности частицы достаточно медленно убывает «о расстояний Чр . а затем резко стремится к температуре среды на бесконечности.

3. давление ипаренного углерода у поверхности частицы превышает вначале атмосферное, но с удалением от частиц« бистро уменьшается

и на расстояниях tL0 становится существенно нике атмосферного.

4. Степень ког.деисации испаренного вещества слабо Зависит от теи^ пературы поверхности частицы или от плотности потока энергии падающего гэлцчения.

Исследование перечисленных параметров за пределами указанной области является чисто формальным, поскольку термодинамическое приближение, в котором реиается задача, в этой области yse не работает.

В 1.7. записано уравнение для фунчции распределения вторичных частиц по размерам с правой частьв, описывающей роадение вторич- . них частиц одинакового- размера йф в бесконечно узком ларовом слое радиусом %„ . Решение получено аналитически с помощью преобразования Лапласа. Показано, что (Пункция распределения вторичных частиц зависит от концентрации вторичных частиц n(t) и их размеров а/%/ и имеет вид .Lit)SYa -a/tj) _

Зависимости ntV и найдены в разделе 1.8. Зная массу

-Ю-

всего испэривиегося вещества в объёме У на расстоянии X от частицы и кассу вторичной чатмцц и учитывая, что поток вторичных части!! п паровик слоях К, н ? за один и тот яе момент времени сохраняется, получаен выражение для концентрации вторичных частиц. Далее показано, что найденная функция определяется геометрией задачи, размером критического зародииа и температурой поверхности частицы, а следовательно, и плотностью потока энергии излучения.

Ь области, где прпизоыло образованно зародыией величина а("Кя)- , то есть рзвна минимальному критическому размеру, ко-тории долкен обладать возникавши! зародив конденсата для того, чтобы он стал центром образования ново:'! фазы. Даниил параметр определяется из условий существования термодинаиическоно равнозесия наеду парой и конденсатэи и считается равнин 10 к. На оспы интерзале значений 2 концентрация вторичных частиц убывает как \/г . Функция (Чъ), определяемая размер вторичных частиц, медленно растет я области применения термодинамического метода и можно считать, что образовавшийся аэрозоль из вторичных частиц остаётся практически монодисперсиыы. Здесь ке приводятся оценки размера области роста вторичных частиц. Показано, что рззмер области практически не зависит от нсследуеиых значений платности потока воздействующего излучения и равен -20 а„ ,

Вторая глава посвящена нахокденив и анализу временных характеристик радиуса и температуры повирхности углеродной частицы. Здесь такхе исследован« зависимости скорости испгрсния частицы и степени конденсации пара от плотности потока энергии падавщего излучения. поскольку при взаимодействии излучения с частицами единственным, кап правило, известным параметром является плотность потока энергии,

В 2,1 записаны уравнения балансов тепловой энергии и массы частицы. При зтоы считается, что плотность потока энергии от частицы складывается из знергопотерь за счёт лучистого теплообмена и испарения с учётом переконденсации вущества. Поток массы от частицы определен в квазистационарном приближении для сферич'ески-симметрич-ного процесса испарения. Проведена оценки характерного времени изменения радиуса и температуры поверхности частицы вследствие её испарения. Показано, что частица достигает максимальной температуры практически без изменения своего радиуса. Из уравнение; теплового баланса по известноыд произведении к^Са^УI мозно найти температуру

поверхности частици ¡! наоборот. Значений комплексного показателя преломления углерода для расчета факторов эффективности приискался равным Ш -1.35-0..664 для длинн волны лазерного излучения Л -=10.0 мки. Показано, что при плотнсста;; потока энергии Г =10'- 11)' Вт/к'* температура поверхности достигает значений 4000-5000 К практически независимо от её разнерг.'. Здесь .го получен»; зависимости температур!; поверхности и радиуса частицы от вренсни для различных размеров частиц. Бняснено, что у :фуп:и:х частиц с <^,=50 ккм температура поверхности после быстрого выхода на максимальное значение остается почти постоянной величиной до полного 'испарения частицы. Радиус частицы практически линейно уОызаэт со временем, й случае испарения мелком чзстици с ¿£,-10 нк.ч и миньие, иаОлкцостсл ее бистров нзгреза.чие и быстрое охлаждение. Полученные зависимости представлены в сравнении с результатами по горению частиц с учётом кс-парення в атмосферных условиях. Обоснованы различия в результатах.

й 2.?.. исследуется зависимость скорости испарения частици и степени конденсации испарявшегося покостга ег плотности потока знергии падеивего излучения. Показано, что обе зависимости язляатся практически линейшки функция»1« плотности потока, энергии. Степень конденсации пара меняется в интервале ипеледуекых значений плотности пзто-ка анерпы и 1,2 паза, а спорость испарения для 3 =1-8-10 Ьт/м'* - в раза. Показано, что с реяиме интенсивного испарение скс-рьсть изк?1!е»шя радиуса зависит от плотности потока энергии излучения в виде ^ -АТ^1 '

где раскеелый кояоонциент я? определяется из уравнения теплового балансе, Здесь ко пр.здставлена зависимость скорости испарения частицы от температурь; её поверхности с сравнении; с результатам;! по горенив с учетом испарепия. Объяснен».' различия н сходство в результатах.

Третья глава поевкцена наховдениз объёмного коэффициента азоо-зольного ослабления и сечения рассеяния в приближении однократного рассеяние на частицах с учете» переконденсаиы» как в условиях вакуума, так >: в аткосфернкх условиях,

В 3.1 проводится оценка коэффициента аэрозольного ослабления через кассу испарквЕсгося вецсстса без учета спектра оОразозаекк'.ся вторичных частии, когда их критический размер конденсата находится из условия личейной зависимости скорости испарения частици ст плот-

мости потопа энергии воздействующего иэлучеми.ч. Приблигешше оценка это<! пеличкии .для пороговых значений плотности потока энергии

-V- у о

в атиссфрршх условиях 10 В г/к" дали нки. Вглад вторич-

них частш; в ослаблении излучен!!д оценивался ;:з отноаеиил коэ^ш;:!-ОИТОВ ОСЛабЛСНИЯ вторичными !! первичним» "астнцами, которой соде;)-SHT произведение факторов зФС'ектнзноотн псгайлениа на соотзетстЕуи-

массу н.спаркгшегсся гмцествл и оаратнсе стнсае.чие разнспои частиц аэрозолей. Считалось, что масса гсгтаривеегося веиествл сяс-таиллет ~30 У. иассн первичных частиц согласно расчетам, нроуедешшн й nepnoft глзвй. Показано, что при плотностях потока энергии I =10 -?• 1С*5 Вт/к^лаблвдается рост ослабления излучения из-за рассеяния на иторичиих частиках, Лпиь при Ът/и*" наблюдаете;: кебсл'ь-

иоз умечьнеииа сечвнпя ослабления, обусловленное цыеньнениеы геометрических размеров частиц вследствие их испарения.

Оцении. проседепшю для случая псг.аренич углеродних частиц в условий:', вакуума. покагаля, что зтсричше частица на приводят к ослабления излучения. Ofipa-iOnaEii'.ecsi частицн, в силу малости своих размеров, является оптически "мягкими".

S 3.2, 3.3 проведени результат« числепних расчетов объемного коэффициента азрозояышга ослаблен/,я ч сечс.шя рассеяния на пторнп-них частицах но наЛдгкпо.чу ранее спектру стзрнчннх частш;. R предположении, что пероичгшэ частица начпчапт испариться одновременно, из кесая друг Другу, найдена функция распределения вторичных части!! по размерен. Полагая критический разно;1- гародиаей конденсата известной величиной, рапной ¿3^-10 и, к считая, "то за грека установлений стационарных пслей размер гсрвичних частиц практически из изменится, отношение коэффициентов аэрозольного ослабления составило -10 , Число первичных частиц выбиралось постоянный вдоль трасси распространения луча и составляло А^ -10 ст/и*. что соответствовало условия« запиленного воздуха. Тогда оптическая тол?а 2* на корот-них трассах, -с~0,5 ь, разнялась~ 10. Здесь Z - расстояние, отсчитываемое от источника и?лцчеиия до точки каблгдения. Сечение рассеяния для тех «s значении входных параыегвов составила ¡0 ы . что в ■ЮР раз меныге сечения ослабления на первичном аэрозоле. Проведение расчета позволили сделать виз:д о ;ом. что вклад ыоричкых частиц в ослабление излучения, действительно, несцкественен.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕР АТШ>П

1, Шойдуи • Л.й. Распространение интенсивного оптического излучения в твёрдом горючем аэрозоле: Дне, .., к, ф,-м, наук. Томск, 1903,- 141 с.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗЗЛЬТеТЫ РПБОТК

1. Разработана газодинамическая модель испарения одиночной тугоплавкой частицы в поле моциого лазерного излучения в условиях вакуума. Рзвитие образовавиеся двухфазной систекы в процессе испарения и кондеезцни частиц колет Сыть описано через термодинамический параметр - степень конденсации пара. Метод нахождения этого параметра предлопен из существования локального термодинамического равновесия иеаду газом и конденсатом и изоэнтропийности процесса испарения. Показано. что степень конденсации пара ь окрестности частит; практически линейно зависит от температуры система. П исследуемой области

9 40 !,

плотностей потока энергии-10 - 10 Вт/м - температура поверхности частиц достигает значении 4000-5000 К. а скорость разлета испаряющегося иецества больше скорости 'звука в' газе, При таких скоростях частицы конденсата практически но успевают увеличиться в своих размерах. Показано, что ливь ~30 7- испаренного углерода превращается в конденсат, а значительная часть - разлетается на бесконечность в газообразной состоянии.

2. Найдены поля температуры, плотности и скорости испаряющегося во-чоств?1 в окрестности частицы в рамках применения термодинамики для репения задачи об испарении в вакууме. Получена сохраняющаяся функция процесса, равная сумме кинетической энергии и энтальпии системы, позволявшая в рамках тзрнодннаиикя находить перечисленные вире харектеристики, не прибегая к численному решении газодинамической модели. Проведено сравнение с результатами работ по горению таких Ее частиц в поле ИЛИ с учетом испарения е атмосферных условиях.

3. Найдена функция распределения игорнчних частиц по размерам в предположении, что вторичные частицы образуется в некоторой узкой области и имеют некоторый критический размер. Он определяется тер-иодикамичесиян равновесием пара и конденсата и составляет 10 н.

Разработана методика нахождения концентрации и размеров мелкодисперсной фракции гзрозоля в зависимости от граничных условий задачи. Отмечено, что концентрация вторичных частиц ведёт себя в окрестности частицы практически как 1/2 . и образовавшийся аэрозоль является мелкодисперсным. Выяснена, что область роста конденсирование частиц равна порядка двадцати радиксам первичной частицы и не зависит от плотности потока воздействующего излучения.

4. Создана модель скороси испарения частицы и изменения её температуры поверхности от времени процесса и от плгтности потока излучения. Найдено, что температура поверхности частицы при высоких

$> z

плотностях потока энергии, 10- Вт/л л Bute, достигает значений температур -5000 К независимо от размеров частиц, а.скорость испарения яэляется практически линейной функцчей от плотности потока энергии излучения. Степень конденсации папа слабо зависит от температуры поверхности частицы.

5. Для моноднсперсного углеродного аэрозоля, размер частиц которого 10 ним, в приближении однократного рассеянна найден» объеннчй коэффициент аэрозольного ослабления п сечение рассеяния на вюричццх частицах с учетов пе^екопденсации испаренного вещества как в условиях вакуума, так и в среде с противодавлением. Показам, что вклад

вторичных частиц в ослабление излучений з атмосферных условиях сч-

,0 «

цественен для плотностей потока энергии ¿8-10 Вт/м . При больших плотностях потока энергии наблюдается унечьшенце сгчеш:я ослабления, обусловленное уменьшением геометрического размера частиц вследствие их испарения. В случае испарения частич а, условиях вакуума следует рассматривать ослабление излучения только" на первичном аярозоле.

6. Анализ полученных теоретических результатов позволил более корректна поставить задачу о нахождении термодинамических характеристик развивающейся двухфазной системы и сформулировать условия проведения экспериментальных работ в этой области исследований.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕПЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Испарение тугоплавких частиц в лазерной поле а газодинамическом режиме с учетом переконденсации,/Г.В, Ламкинз, А.Н, с!айдук // Взаимодействие «очного лазернсго излучения с аэрозолем; Иемвузовский сборник.-Новосибирск, 19р>3.- с, 71-7S.

2. Термодинамический метод оценки параметров пара испа.)ащв^сз

аэрозольной час гида, /Бука тип В,II., Лишаша Г.В., Лай дук П.Я.// Нелинзйное взаимодействие мощного лазерного излучения с твердым аэрозолем: йеавузовский сборник. Барнаул, 1383.-е. 14-16.

3. Оукатый 5.И., Лямкина Г.8.. Иайдуя О. Термодинамический метод оценки степени конденсации пара в окрестности ипарявщкхся аэрозольных частиц.//X Бсесоизный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Тезисы.докладов. - Томск, 1383,- с. 153.

4, Букэтий З.И., Лямкина Г.В,, Еайдук П.М. Термодинамический метод оценки параметров пара испаряющейся аэрозольной частицы. //X Всесоюзный симпозиум по распространении лазерного излучения в атмосфере. Тезисы докладов. - Томск, 1389,- с. 158.•

■), Букатый В,П., Лямкина Г.В., Найдук fl.li. Функция распрзделения вторичных частиц при испарении в вакуум.// XXV Всесоюзная конференция по актуальней вопросам аэрсдиспэрсннх систем. Тезисы докладов. - Одесса, 1939. ч. 1.- с. 57.

о. Лямкина Г.В., Еайдук H.H. üenapennt и переконденсациа тугоплавких частиц в мощном оптическом поле,/Алтайский госуниверситет,- Барнаул, 1920,- 27 с,- Деп, в ВИНИТИ Н.П.ЬО, //'5G53--ВУО.

7, Ляькина Г.В., Иайдук Л.И. Газодинамическая модель испарения тугоплавкой частицы в мощном оптическом поле с учетом переконденсации в условиях вакуума.//Оптика атмосферы. 1391. Т, 4,

. С. 757-7G5.

8, Панкина Г.Б., Найду»: Й,Н. Размеры и концентрация мелкодисперсной фракции аэрозоля при испарении тугоплавкой частицы в вакуум.//Оптика атмосферы. 1Э91. Т. 4, Л/'П. С. 1 132-1135.

9, Букатый BJ,, Лямкина Г.В., Иайдук Й.М. Динамика температуры н радиуса испаряицейся тугоплавкой частицы в вакууме г поле лазерного излучения.//Xl Всесоюзный симпозиум по распространенно лаззрного излучения в атмосфере и водных средах. Тезна; докладов, Томск. 1991.- с, 67.

10. Ьукатнй Fj.ü, , 'Лямкина Г,В.. Пойду»: K.M. Динамика температуры и радиуса углеродной частицу, испаряющейся в вакууме под воздействие* лазерного излучения./Алтайский госуниверситет.-Барнаул. 1932.-9 с.-Деп. в ВИНИТИ 10.0S.92, А* 1914-В32.

11. 5укатий Б,.И,, Ляхкина Г.В,, Еайдук H.H. Распространение мойного лазерного излучения в ионодисперсноы аэрозоле в условиях вакуума при гереконденсации./Алтайский госуниверситет-Барнаул

1992.-6 с.-Деп. в ВИНИТИ 10.06.92, 1915-Е»?.,