И. И. Мечникова Физическийфакульте т 6 7 я отчет
| Вид материала | Отчет |
- И. И. Мечникова рамн 19 ноября 2009 года 11. 00-14. 00 Вступительное слово директора, 31.52kb.
- И. И. Мечникова Философский факультет И. В. Голубович биография, 5112.86kb.
- И. И. Мечникова Органические и симптоматические психические нарушения. Литература, 335.62kb.
- І.І. Мечникова хімічний факультет кафедра фармацевтичної хімії навчально-методичний, 1685.99kb.
- Правила проведения студенческой научной конференции сно им. И. И. Мечникова игму, 377.55kb.
- И. И. Мечникова этические и правовые аспекты оказания психиатрической помощи. Психиатрическое, 522.69kb.
- С задачами и упражнениями, 4649.95kb.
- І.І. Мечникова І. В. Іванова, О.І. Бурденюк, С. П. Гвоздій Курс лекцій, 2533.82kb.
- Харитонова Елена Евгеньевна, аспирант кафедры косметологии гбоу впо сзгму им., 25.21kb.
- Ровье 2006 Материалы 79-ой конференции студенческого научного общества спбгма им., 7915.3kb.
КОНДУКТИВНО-РАДИАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯПЛАМЕНИ В ГАЗОВЗВЕСИДерещук О.С.Научный руководитель - доктор физ.-мат.н. Шевчук В.Г. Горение твёрдых топлив в распылённом виде является наиболее приемлемым способом сжигания, позволяющим добиваться высоких скоростей процесса, вследствии большой реакционной поверхности. По этой же причине многие технологические процессы с использованием распыленных горючих веществ являются весьма пожароопасными. Поэтому выявление закономерностей процесса горения и разработка моделей воспламенения и горения таких систем необходимы для решения проблем энергетического горения и пожаровзрывобезопасности. Центральное место в проблеме горения пыли занимает ламинарное пламя. В свою очередь, принципиально важным при изучении ламинарного пламени является вопрос о механизме передачи тепла из зоны горения в предпламенную зону. В связи с этим, в основном обсуждались альтернативные механизмы распространения пламени – кондуктивный и радиационный механизмы, которые отличаются между собой как по величине скорости распространения пламени, так и по её зависимости от основных параметров - концентрации и размеров частиц. В работе [1] показано, что основной вклад в кондуктивно-радиационный механизм распространения пламени вносит молекулярная теплопроводность, по крайней мере, для мелкодисперсной пыли. Однако недостатком всех ранее существующих моделей является то, что они применимы в узкой области концентраций горючего (до стехиометрических значений). В работе [2] представлена широкозонная модель ламинарного кондуктивного пламени, которая описывает процесс горения в широкой области значений концентраций для мелкодисперсной пыли (  мкм). Поэтому важно распространение идеологии широких зон горения на крупнодисперсные пыли, для которых необходим учёт как кондуктивной, так и радиационной составляющей теплового потока из зоны горения, а также отличие в температурах и скоростях газообразной и твёрдой фазы.В настоящей работе разработана широкозонная кондуктивно – радиационная модель распространения пламени в пылях с учётом вышеотмеченных особенностей. Получено аналитическое выражение для нормальной скорости распространения пламени в широком диапазоне размеров частиц и концентраций. Также проведено сопоставление расчётов скорости распространения пламени с экспериментальными данными для аэровзвесей частиц магния размером 7  135мкм.1. Шевчук В.Г., Безродных А.К., Бойчук Л.В, Кондратьев Е.Н. О механизме ламинарного пламени в аэровзвесях металлических частиц. – ФГВ, №2,1988,с.85-89. 2. Сидоров А.Е. Кондратьев Е.Н. Бойчук Л.В. Шевчук В.Г. Горение алюминевой пыли при больших концентрациях горючего. Горение и плазмохимия,2005г., т.3.№3,с221-226. СЕКЦИЯ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ (кафедра ФТТ и ТТЭ) ВЛИЯНИЕ ДЛИНЫ УГЛЕРОДНОГО РАДИКАЛА НА ОРГАНИЗАЦИЮ ПРИСТЕННЫХ СТРУКТУРНО УПОРЯДОЧЕННЫХ СЛОЕВ В ОДНОАТОМНЫХ СПИРТАХ Поляковская Н. А. Научный руководитель - д. ф.-м. н. Б. А. Алтоиз Эпитропные жидкие кристаллы [1] (ЭЖК) образуются немезогенными жидкостями (в частности, молекулами высших жирных спиртов) и возникают у поверхности лиофильной твердой подложки. Наличие гидроксильной группы может влиять на организацию ЭЖК. По современным представлением последняя связана с образованием в жидкости при температурах, близких к плавлению, ассоциаций мономеров – олигомерных цепей. Тенденция к ассоциации увеличивается с ростом энергии межмолекулярного взаимодействия, которая существенно зависит от концевых и мостиковых групп. Вклад гидроксильной группы в энергию межмолекулярного взаимодействия наибольший среди других концевых групп [2]. В работе изучение ЭЖК слоев гомологов спиртов с различным числом мостиковых групп в молекуле (длиной углеродного радикала): нонанола (  ), деканола ( ) и ундеканола ( ) на металлической подложке проводилось путем измерений ротационным прибором [1] эффективной вязкости ηeff (Па·с) их микронных прослоек при различных скоростях сдвиговой деформации γ (с-1). И  з экспериментальных реологических кривых ηeff(γ) установлена более высокая (в сравнении с «объемной» жидкостью) вязкость прослоек и не ньютоновским характером их течения. Это указывало на наличие в прослойках гомеотропного ЭЖК слоя и его разрушении течением. Из зависимостей ηeff(γ) для каждого гомолога рассчитаны «гидродинами-ческая прочность» их ЭЖК слоев и равновесные (при отсутствии течения и в гидродинамической модели «постоянной вязкости») их толщины ds0. Установлена корреляция этих параметров с длиной молекулы гомолога (рис. 1).1. Алтоиз Б.А. Физика приповерхностных слоев жидкости / Б.А. Алтоиз, Ю.М. Поповский / Одесса: Астропринт. – 1996. - 153 с. 2. Меринов Ю.А.. О взаимосвязи строения молекул жидкости с ее тенденцией к ассоциации/ Ю.А. Меринов, Н.В. Меринова // ЖФХ. – 1984. - №3. - С. 623-625. Двойное лучепреломление в микронных прослОйках АЛИФАТИКОВ Шатагина А.А. Научный руководитель - д. ф.-м. н. Б. А. Алтоиз В предельных углеводородах – алифатиках на подложках могут образовываться эпитропные жидкокристаллические слои (ЭЖК) – интересный объект молекулярной физики. При этом алифатики – основной компонент минеральных смазочных масел, поэтому исследование их ЭЖК в тонких пленках (соизмеримых с толщиной пленки смазки в узлах трения) актуально и в прикладном отношении. В изучении ЭЖК, в частности измерения их равновесной толщины ds, используются оптические [1] и реологические [2] методики. Для установления температурной зависимости ds(Т) ЭЖК гептадекана (С17Н36, Тпл=295 К) в работе использовался усовершенствованный [3] метод световода переменной толщины [1]. В его щель между стальными подложками заливалась прослойка гептадекана, в центральной части которой - изотропная жидкость, а на периферии - пристеночные ориентационно упорядоченные и, потому - оптически анизотропные слои С17Н36. Измеряемая величина двулучепреломления (ДЛП) жидкой прослойки зависит от относительной доли ЭЖК слоев в ней, что и позволяет, используя соответствующую структурную модель гетерофазной прослойки, рассчитывать их толщину ds в последней. Н  а рисунке представлена экспериментальная зависимость толщины ds ЭЖК слоя от относительной температуры δТотн=∆Т/Т (∆Т =Т - Тпл ) препарата. Из графика видно, что с ростом температуры – превышением Т по отношению к Тпл, толщина ds уменьшается. Повышение температуры приводит как с снижению ориентационной упорядоченности молекул в ЭЖК слое С17Н36, так и его разрушению. Последнее коррелирует с установленным в реологических опытах с микронными прослойками гептадекана уменьшением толщины ds его ЭЖК слоев при возрастании δТ.
ВПЛИВ АДСОРБЦІЇ СІРКИ НА ПОВЕРХНЕВІ СТРУМИ P-N-ПЕРЕХОДІВ НА ОСНОВІ GaAs В ПАРАХ АМІАКУ Гільмутдінова В.Р. Науковий керівник - кандидат наук Маслєєва Н.В. Сульфідна обробка поверхні дозволяє зменшити щільність поверхневих станів напівпровідників AIIIBV і покращити характеристики приладів на їх основі. Досліджено вплив адсорбції сірки на поверхневі струми p-n-переходів на основі GaAs в парах аміаку. Сульфідна обробка проводилась в 30% водному розчині сульфіду натрію. Вимірювались вольт-амперні характеристики (ВАХ) прямого та зворотного струмів у повітрі, в парах аміаку з різним парціальнім тиском до та після сульфідної обробки поверхні. В парах аміаку прямий та зворотний струми в p-n переходах на основі GaAs збільшувались. Це свідчить про те, що такі p-n переходи можна використовувати як сенсори парів аміаку. Чутливість p-n переходів до парів аміаку розраховувалась як відношення зміни струму ΔI до зміни парціального тиску парів аміаку, яке привело до зміни струму:  . Причиною чутливості p-n переходів на основі GaAs до парів аміаку є утворення каналу поверхневої провідності. Формування даного каналу веде до появи додаткового поверхневого струму в p-n структурах в парах аміаку.Після сульфідної обробки прямі та зворотні струми в p-n переходах зменшуються. Причиною цього є зменшення щільності поверхневих станів. Адсорбція сірки суттєво збільшує вплив парів аміаку на прямі та зворотні струми p-n переходів. Максимальне збільшення чутливості p-n переходів як сенсорів аміаку спостерігалося після сульфідної обробки поверхні тривалістю понад 40с. При цьому спостерігалося зниження порогу чутливості p-n переходів до парів аміаку. Це можна пояснити таким чином. Заряд ионів на поверхні напівпровідника компенсується такими зарядами: а) зарядом вільних електронів у каналі; б) зарядом заряджених акцепторів у збідненому шарі; в) зарядом електронів на поверхневих станах. При великій щільності поверхневих станів практично весь заряд локалізується на поверхневих станах і тому чутливість не оброблених p-n переходів до парів аміаку мала. За рахунок адсорбції атомів сірки зменшується щільність поверхневих станів і зростає чутливість p-n переходів до наявності аміаку в атмосфері. Різке збільшення чутлівості і зменшення порогу чутливості після 80с сульфідної обробки пояснюється повним видаленням поверхневого оксиду та утворенням зв'язків атомів миш'яку з атомами сірки. Аналогічні зміни після адсорбції сірки відбуваються і на ВАХ зворотного струму. Таким чином, адсорбція атомів сірки є перспективним методом покращення характеристик p-n переходів на основі GaAs як сенсорів парів аміаку. Електрофізичні властивості шарів поруватого кремнію, отриманого методом електрохімічного травлення Яблоков А. В. Науковий керівник –канд.фіз.-мат.н. Солошенко В. І., асп.Мирошниченко О. І. Кремній є основним матеріалом сучасної електроніки. Особливий інтерес представляє пористий кремній (ПК), у якого високий питомий опір, висока питома поверхня, і може випромінювати у видимій області спектру за рахунок того що у нього ширина забороненої зони більша, ніж у монокристалічного кремнію, що дає можливість створювати на основі ПК світлодіоди. На основі ПК також активно розробляються функціональні елементи надвеликих інтегральних схем, оптоелектронні пари випромінювач-приймач, пристрої ультразвукової електроніки, сонячні елементи, датчики вологості і складу газів, біосенсори, біоматеріали, інтегральні конденсатори. Велике число робіт присвячене дослідженню властивостей ПК, отриманого на монокристалічних підкладках з орієнтацією (100) і (111), і дуже мало відомостей в літературі про властивості тих же шарів на підкладках з орієнтацією (110). В той же час особливості розташування атомів у напрямі [110] можуть зумовити відмінність як структури, так і електрофізичних властивостей від характеристик шарів пористого кремнію на підкладках з орієнтацією (100) і (111). Для отримання пористого кремнію використовувалася установка вертикального типу, в якості металевого контакту використовувався платиновий електрод. Згори установки кріпився вентилятор для перемішування розчину плавикової кислоти, для того, щоб поступав свіжий розчин в процесі травлення. Заздалегідь, рентгенівським методом було визначено орієнтацію монокристалічних пластин кремнію і густину дефектів. Отримані шари ПК мали площу 1.8 см2. Спостерігаючи під мікроскопом шари вийшли, можна сказати, однорідні. ВПЛИВ СТРУКТУРИ P-N ПЕРЕХОДУ НА ЙОГО ГАЗОВУ ЧУТЛИВІСТЬ Височенко І. В. Науковий керівник – доктор фіз.-мат. наук Птащенко О.О. Досліджено вплив парів аміаку на поверхневий струм в p-n структурах. Вимірювання проведено на плавних p-n переходах на основі кремнію та арсеніду галію. Метою роботи було встановлення впливу ширини забороненої зони, градієнта концентрації домішок та наявності дефектів у збідненому шарі на чутливість p-n переходів як газових сенсорів. Вимірювались стаціонарні вольт-амперні характеристики (ВАХ) прямого і зворотного струмів у p-n переходах при зміні складу навколишньої атмосфери. Парціальний тиск парів аміаку змінювався зміною концентрації NH3 у його водному розчині, над яким знаходились p-n переходи. В області струмів 10нА – 1мА ВАХ прямого струму кремнієвих p-n переходів, виміряні в сухому повітрі, відповідали виразу  , (1)де I0 – стала; q – заряд електрона; k – стала Больцмана; Т – температура; n – коефіцієнт неідеальності ВАХ. Для досліджених кремнієвих p-n переходів n=1,1–2, тобто n>1, що свідчить про значну роль рекомбінації через глибокі рівні у механізмі проходження струму. Для p-n структур на основі арсеніду галію коефіцієнт неідеальності  , що відповідає рекомбінації носіїв заряду через глибокі рівні у збідненому шарі p-n переходу та на поверхні. При І<1мкА ВАХ деяких p-n переходів на основі GaAs мали ділянку з коефіцієнтом неідеальності  , що свідчить про наявність у таких зразках дислокацій, що перетинають збіднений шар p-n переходу. Прямий струм у цьому випадку пов'язаний з тунельною рекомбінацією через глибокі центри за участю фононів. Домішки парів аміаку в навколишній атмосфері вели до значного зростання прямого і зворотного струмів у p-n переходах. Чутливість p-n структур до парів аміаку, тобто зростання струму в p-n переходах при адсорбції молекул NH3, пояснюється утворенням поверхневого провідного каналу з електронною провідністю в р-області під дією електричного поля адсорбованих позитивних іонів аміаку. Чутливість p-n переходів як газових сенсорів визначалась відповідно до виразу  , (2)де  – зміна струму в p-n переході при зміні парціального тиску парів аміаку на  . ВАХ додаткового струму (ДC), зумовленого адсорбцією молекул NH3, в p-n переходах на основі GaAs, мали лінійну ділянку в області напруг V<0,3B і надлінійну ділянку при більш високих значеннях напруги. В кремнієвих p-n переходах лінійна ділянка ВАХ була відсутня. Це можна пояснити інжекційним підсиленням ДС, яке проявляється в кремнієвих p-n переходах при менших напругах, ніж в GaAs, внаслідок меншої ширини забороненої зони. Чутливість кремнієвих p n переходів до парів аміаку вища, ніж p-n структур на основі GaAs, що пояснюється інжекційним підсиленням ДС. Зростання концентрації легуючих домішок у кремнієвих p-n переходах вело до зменшення газової чутливості. Вказаний ефект можна пояснити зменшенням концентрації електронів у поверхневому провідному каналі та звуженням даного каналу при зростанні концентрації акцепторів. ВАХ зворотного струму в сильно легованих p-n переходах свідчили про тунельний механізм пробою. В таких зразках поверхневий струм, обумовлений адсорбцією молекул аміаку, теж був тунельним. Результати роботи свідчать, що механізм і величину чутливості газових сенсорів на основі p-n переходів можна змінювати вибором напівпровідникового матеріалу та зміною концентрацій легуючих домішок. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДИК ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЖК СЛОЕВ Шатагин И. А. Научный руководитель - д. ф.-м. н. Б. А. Алтоиз Приповерхностные ориентационно упорядоченные слои жидкости - эпитропные жидкие кристаллы (ЭЖК) - это ЖК состояние, которое образуется немезогенными жидкостями и возникает у поверхности лиофильной твердой подложки. Одним из методов исследования параметров ЭЖК является метод ротац  ионного вискозиметра, позволяющий измерять (в интервале температур 293-303 К) вязкость тонких (1,5 50 мкм) прослоек жидкостей между стальными подложками и установить параметры ЭЖК слоя: начальную толщину и величину гидродинамической прочности. В методе щелевого световода переменной толщины [1], который позволяет определять толщину ЭЖК слоя и величину оптической анизотропии, для повышения точности и автоматизации измерения азимута угла погасания использовалась веб-камера, размещенная в одном из каналов бинокулярного микроскопа (рис.1). Синхронно с началом вращения компенсатора Сенармона проводилась видеосъемка дискретных кадров, через 0,01 рад угла его поворота. Обработка отснятых видеофайлов осуществлялась с помощью программы «Debut Video Capture Software», которая выводит на экран видеоизображение и скорость его воспроизведения. Последовательность пяти изображений выходной щели световода изображена на рис. 2.Р  ис.2. Последовательность пяти изображений выходной щели световода (для прослойки гептадекана при температуре Т=393 K, толщина прослойки D=50 мкм). Установленный из видеосъемки номер кадра с минимальной интенсивностью позволял рассчитать искомый азимута угла погасания и впоследствии оценить толщину ЭЖК слоя и величину оптической анизотропии. Для расширения температурного интервала измерений и обеспечения стабильности температурного режима (283-323 К), экспериментальные установки были помещены в изготовленный термоизоляционный шкаф, который в последствии позволяет снизить дрейф температуры до 0,1 К в минуту.
СЕКЦИЯ ТЕПЛОФИЗИКИ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ (кафедра теплофизики) Статистичні аспекти опису електронних характеристик мікронеоднорідних матеріалів з нанодефектами заповнення об’єму О.Ю. Зубков Науковий керівник - канд.наук В.І. Маренков Нагальним імперативом сучасних нанотехнологій, зокрема в екологічному аспекті є створення таких матеріалів (електропровідних нанониток , нанопоруватих кристалічних матеріалів, металевих пін, тощо, що знаходять застосування в біосенсорах). [1]. В наноелектроніці важливим є прогнозування електронних параметрів поруватих матеріалів (кремній і ін.) оскільки на базі одного матеріалу можна отримувати необхідні його модифікації шляхом прогнозованого створення дефектів в об’ємі цього матеріалу. Це дозволить використовувати легкодоступні матеріали в таких галузях як радіоелектроніка, космічні технології, в розробці нової техніки контролю та охорони навколишнього середовища. Обширний базис публікацій з моделювання електрофізичних властивостей матеріалів з нанодефектами як правило грунтується на складних квантово-механічних розрахунках густини станів електронів в уєднаних нанодефектах (квантових точках, нитках, щілинах та нанопорах) з великою кількостю підгоночних параметрів, що дуже ускладнює, як правило унеможливлює застосування отриманих результатів на практиці. В цій роботі представлена модель статистичної рівноваги між електронами в нанодефектах заповнення об’єма мікронеоднорідного зразка і матриці базового матеріалу, що запозичує уявлення зі статистичного підходу квазінейтральних чарунок гетерогенної плазми [2,3] Дефекти заповнення об’єму (наношпарин, пор і ін.) в зразках призводять до порушень розподілу локальної (максвеловської) густини вільних електронів, що обумовлено перерозподілом електронного компонену між металевою матрицею і дефектом заповнення об’єм зразка. Розглянуно випадок достатньо високої концентрації дефектів в об’ємі зразка. Визначено вплив їх геометричних характеристик і концентрації на ефективних рівень локального хімічного потенціалу електронів в об’ємі. Показано що при незначначній зміні рівня Фермі спостерігається різка зміна самоузгодженого потенціалу на декілька порядків, що відкриває нові можливості для створення чутливих нанодатчиків температури та ін. При побудові моделі в рамках уявлень [4,5] використовується розв’язок двох електростатичних задач, які зводяться до вирішення Пуасона-Больцмана для розподілу самоузгодженого електростатичного потенціалу та об’ємного заряду в об’ємі дефекту та елементі матриці базового матеріалу, в ефективній чарунці електронейтральності. Умови спряження розв’язків на поверхні, які виділяє дефект дає систему трансцендентних рівнянь для електрохімічного потенціалу F в зразку. Знайдено кінцеве трансцендентне рівняння для визначення ефективного рівня Фермі F матеріалу з нанонеоднорідностями заповнення об’єма. Обговорюється впровадження отриманих результатів у сучасні високотемпературні технології для створення датчиків температури, і степеню іонізації продуктів згоряння.. 1. Nanoporous Materials IV, Proceedings of the 4th International Symposium on Nanoporous Materials Niagara Falls, Ontario, Canada 07-10 July 2005 2. V.I. Marenkov and M.N. Chesnokov, Physical models of plasma with a condensed sispesre phase,( Kyiv: UMK VO, 1989) 3. A.Zagorodny, V. Mal’nev, S. Rumyantsev. The influence of elelctron emission on the charge and effective potential of a dust particle in plasma// UJP. – 2005. – 50, N5. – p. 448-454. 4. В.І. Маренков, А.Ю. Кучерський Статистична концепція розгляду і апроксимація Томаса Фермі в теорії властивостей гетерогенних плазмовиx систем // Физика аэродисперсных систем. – 2007. – № 44. – С. 107 -120. 5. O. Zubkov, A. Kucherskiy Vibrations in the ensemble of charged macroparticles in plasma // 24th Symposium on Plasma Physics and Technology, Prague , June 14-17, 2010 , - p 151. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА КРИТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОМАССООБМЕНА ЧАСТИЦЫ КАТАЛИЗАТОРА Савченко И. А. Научные руководители: доктор наук Калинчак В.В., ст. преп. Черненко А.С. Определение критических условий, поиск интервалов размеров, концентраций активного компонента, температур окружающей газовой среды, внутри которых возникает устойчивое протекание высокотемпературных гетерогенно-каталитических процессов, необходимо в различных областях науки и техники. Стоит выделить проблемы утилизации и переработки газообразных веществ при концентрациях существенно меньше взрывоопасных в воздухе. В данной работе предлагается метод получения критических условий воспламенения и потухания горючего компонента, находящегося в недостатке, основанный на определении экстремумов на зависимости концентрации от стационарной температуры катализатора. Те же результаты также можно получить путем определения экстремумов на зависимости диаметра частицы от стационарной температуры. Применение одного из методов дает возможность рассчитать критические значения концентрации, безразмерных диаметра и температуры катализатора в критических точках зажигания и потухания химической реакции, а также их значения в точке вырождения. В аналитическом виде для различных температур газа получены и проанализированы критические условия самовоспламенения и потухания гетерогенно-каталитической реакции на частице катализатора. Показано, что теплопотери на излучение к холодным стенкам реакционной установки обуславливают верхний предел по диаметру частицы областей самовоспламенения и зажигания химической реакции. При определенных температурах газа получены критерии для точки минимума на критических зависимостях концентрации активного компонента от размера катализатора, характеризующих области самовоспламенения и зажигания химической реакции на частице катализатора. При больших диаметрах катализатора в критической точке самовоспламенения характерен нагрев частицы окружающим газом, для меньших – охлаждение. С ростом температуры газа происходит вырождение критических условий. Появляется область диаметров частиц, для которых с ростом концентрации активного компонента характерен переход с низко- на высокотемпературный режим происходит без особенностей. При уменьшении концентрации происходит вырождение высокотемпературного окисления газов на катализаторе. Дополнительная проверка полученных критических зависимостей проводилась на нестационарных зависимостях температуры частицы катализатора. Влияние стефановского течения на характеристики высокотемпературного темпломассообмена и самопроизвольного потухания металлических частиц при последовательно-параллельном образовании на их поверхности конденсированных оксидов Булышкин С.А. Научные руководитель: ст. преп. Черненко А.С. При обработке экспериментальных данных по кинетике высокотемпературного окисления таких металлов, как вольфрам и железо, возникает вопрос о механизме одновременного возникновения плотного и пористого окислов. В [1] принималась схема параллельного образования плотного окисла FeO и пористого Fe3O4 (толщина верхнего слоя Fe2O3 мала). Хотя существуют данные, что образование пористого окисла происходит в результате доокисления окисла FeO [2]. Последовательное возникновение плотного и пористого окислов наблюдается и при окислении вольфрама WO2 и WO3. В данной работе проводится анализ выбора схемы реакции на характеристики высокотемпературного тепломассообмена, кинетики химических реакций и самопроизвольного потухания металлических частиц в воздухе комнатной температуры. Плотный оксид FeO образуется вследствие диффузии ионов металла через плотный слой вюстита FeO (критерий Пиллинга-Бедворта Pb1 = 1.78). Поэтому скорость химической реакции по кислороду обратно пропорциональна толщине оксидной пленки. Пористый оксид Fe3O4 образуется вследствие диффузии ионов кислорода через пористый слой магнетита Fe3O4 (Pb2 = 2.09), в результате чего скорость образования этого оксида не зависит от толщины оксидного слоя. Обработка экспериментальных данных по кинетике нарастания окислов позволил определить энергии активации образования плотного и пористого окислов железа. Для плотного окисла она согласуется с энергией активационной диффузии железа через слой вюстита FeO. Анализ проводился для случая зажигания частиц в воздухе комнатной температуры, т.е. переходах на высокотемпературный режим тепломассообмена и кинетики химических реакций в результате превышения начальной температуры выше критического значения. Выбор последовательного образования окислов, в отличие от параллельного, в качестве основополагающего, приводит естественно в возрастанию максимальной температуры и времени высокотемпературного окисления, что объясняется повышенным тепловым эффектом реакции образования пористого окисла Fe3O4 с вюстита. Возрастание толщины этого окисла основано не только на этом эффекте, но и на превышении скорости нарастания окисла при последовательном реагировании в 4 раза, чем при параллельном. Скорость роста плотного окисла в результате изменения температуры частицы может незначительно как и возрасти, так и понизиться, что связано с влиянием константы химической реакции образования пористого окисла на скорость роста плотного оксида. |