Эмпирические топологии поверхностей скорости зародышеобразования
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
µт перемешивания, которое может ускорить процесс коагуляции; в результате образуется хорошо воспроизводимый тонкодисперсный аэрозоль.
Каждый из описанных выше методов имеет свои достоинства и недостатки и предназначен для изучения процессов зародышеобразования в своём диапазоне скоростей нуклеации.
2. Описание эксперимента
.1 Описание установки
В данной работе используются недавно полученные результаты лабораторного измерения скоростей нуклеации, полученные М.П. Анисимовым, Л.В. Тимошиной и А.Г. Насибулиным. Для экспериментального исследования процессов спонтанной нуклеации в газовой среде использовался метод поточной диффузионной камеры, предложенный и реализованный Анисимовым [18]. Экспериментальная установка, описанная ниже, позволяет определять зависимости скорости нуклеации от активности паров исследуемого вещества при различных давлениях газа-носителя.
Схема генератора аэрозолей (конденсирующего устройства) для исследования спонтанной нуклеации паров в газовой среде представлена на рис.1. Одним из основных элементов генератора аэрозолей является горячий термостат - насытитель, который представляет собой медную трубку (1) с внешним диаметром 38 мм, толщиной стенки 18 мм и длиной 110 мм. Медные детали термостата хромированы. На его внешней поверхности расположен нихромовый проволочный нагреватель (2). Дрейф температуры насыщения газа-носителя исследуемым веществом задавался автотрансформатором ЛАТР-2М и составлял во всех экспериментах величину 0.250.5оС/мин, что соответствовало скорости изменения подаваемого напряжения на нагреватель 0.51В/мин. Измерение температуры осуществлялось медно-константановой термопарой (3), нулевой конец которой поддерживался при температуре 40 +/- 0.05 оС жидкостным ультратермостатом UТ-4. Термопара калибровалась в соответствующем интервале температур по показаниям ртутных термометров с точностью 0.1оС. Патрон (4) из меди наполнялся инертным хроматографическим носителем ИНЗ-600 (зернение 0.51 мм), который удерживался сеточкой. Носитель, предварительно прокаленный в проточной атмосфере газа-носителя, пропитывался 20 вес.% исследуемого вещества. Между горячим и холодным термостатами находится теплоизолятор (5) длиной 10 мм.
Рисунок 1 - Конденсирующее устройство (пояснения в тексте)
Для создания пересыщения пара исследуемого вещества использовался холодный термостат - конденсатор, который термостатировался с помощью криостата МК-70 с точностью 0.1оС.
Известно, что при малых числах Рейнольдса (Rе) в трубке круглого сечения реализуется устойчивое ламинарное течение. Исследование течений в трубке с острыми кромками [19; 20] показало, что критическое значение числа Reкр = 2300. При Re < Reкр турбулентное течение в трубке не может существовать даже при сильных начальных возмущениях. В данных экспериментальных исследованиях число Re было порядка 100.
В работе [21] представлены результаты экспериментальных исследований скорости нуклеации как функции скорости потока в интервале от 5 до 40 см3/с для установления характера течения. Показано, что при суммарном расходе газа, меньшем 17 см3/с, реализуется чисто ламинарный режим течения в коаксиальном потоке.
Получение и измерение параметров аэрозоля производилось на установке, блок-схема которой приведена на рис.2 [22]. Источником газа служит баллон (1) с газом высокой чистоты (содержание основного вещества не менее 99.99 об.%). Инертный газ- носитель поступает через фильтр Петрянова (2), ротаметр РМ-06 (3) и регулятор расхода газа (4) в конденсирующее устройство (5), проходит через хроматографический носитель (А, рис.2.) и насыщается парами исследуемого вещества. Скорость насыщенного парами газа приобретает параболический профиль при температуре насыщения в части термостата (В), в которой устанавливается ламинарное течение. Длина этой части трубки составляет 40 мм и диаметр 8 мм. Затем смесь проходит в холодную трубку (С). Паро-газовый поток, попадая в холодную часть конденсирующего устройства, за счет молекулярной диффузии и теплопроводности переходит в пересыщенное состояние, в результате которого происходит образование аэрозольных частиц. Объемные расходы приводились к нормальному давлению и температуре 20оС. Ротаметр позволял определять расход газа. Калибровка ротаметра производилась газосчетчиком ГСБ-400 1-го класса точности, с помощью которого измерялся объем истекающего газа. Время истечения данного объема инертного газа определялось секундомером с ценой деления 0.02 с. Объемные расходы измерялись при нормальном давлении и температуре 20оС. Абсолютная ошибка в измерении расхода газа не превышала 2.0%. Давление и расход газа регулировались игольчатыми вентилями (4). Концентрация образующегося аэрозоля измерялась фотоэлектрическим счетчиком аэрозольных частиц (6). Счетный объем находился на 1-2 мм ниже среза выходной трубки аэрозольного генератора, что позволило исключить генерацию аэрозоля в счетчике. Давление газа в конденсирующем устройстве и счетчике аэрозолей были равными и постоянными в одном эксперименте. Информация с датчиков в цифровом виде накапливалась в буферной памяти (7) и передавалась в персональный компьютер (8) для дальнейшей обработки экспериментальных результатов.
Рисунок 2 - Блок-схема экспериментальной установки: 1 - Баллон с инертным газом;2 - Фильтр Петрянова;3 - Ротаметр;4 - Регулятор расхода и давления газа;5 - Аэрозольный генератор;6 - Счетчик аэрозольных частиц;7 - Буферная память;8 - ?/p>