Модель тепловой радиации в субмикронных порах с приложением к синтезу мелко-дисперсных частиц посредством горения


Просмотр статьи
PDF, 545,7 КБ

Model of thermal radiation in submicron pores with application to fine dispersed particles syn-thesis via combustion

The heat and mass transfer in a porous media caused by thermal front propagation in a cylin-drical tube is studied. Using the coupled micro and macro scale resolution the momentum fluxes as well as the heat and mass fluxes caused by the thermal radiation from the pore surface are found. The emitted power of radiation from solid surface into micro pore is calculated using the Stefan-Boltzmann law for a non-black body with a given emissivity. For the case of submicron pores, the gas slippage, and temperature jump on the pore surface are applied. The intensities of macro fluxes are presented using the similarities parameters as functions of a given emissivity, the thermal and concentration accommodation coefficients and the value of molecular reflection. The governing system of equations is the conservation of momentum, mass and energy for multicomponent gas- solid media using the heat exchange between gas and solid phases. The two-temperature simulation is applied to complex oxide particles synthesis via combustion.

particle synthesis via combustion


Том 18, выпуск 2, 2017 год



На основе самосогласованного анализа микро- и макромасштабов получены микро- и макропотоки тепла с учетом поглощения тепла молекулами СО2 при излучении газа в микропорах. В случае пор субмикронного масштаба используются модели скольжения газовой фазы и скачка температуры газа в слоях Кнудсена около границ пор. Интенсивности макропотоков представлены в параметрах подобия и зависят от степени черноты поверхности пор, коэффициентов отражения молекул от поверхности пор и тепловой аккомодации. Определяющая система уравнений на макроуровне включает теплообмен между газовой и твердой фазами. Макропотоки получены усреднением микропотоков с учетом влияния слоя Кнудсена и поглощения тепла при горении углерода. Предложены параметры подобия для анализа теплового излучения совместно с эффектами скольжения и скачков температуры. Представлены расчеты синтеза субмикронных порошков марганцево-цинкового феррита за фронтом волны горения. Показано влияние интенсивности излучения на конвективный и диффузионный тепло- и массоперенос, а также на скорость синтеза при использовании уравнений Навье - Стокса с распределенным сопротивлением пористости. Рассмотрен диапазон масштабов от половины микрона и выше, когда модель излучения удовлетворительно согласуется с моделью черного тела и эффекты скольжения необходимо учитывать. Перенос тепла излучением рассматривается на основе закона Стефана-Больцмана с приведенной степенью черноты, зависящей от степени черноты газовой и твердой фазы. Отмечены эффекты замедления синтеза марганцево-цинкового феррита с уменьшением размера пор.

синтез частиц методом горения


Том 18, выпуск 2, 2017 год



1. Sheng S, Mavrokefalos A, Sambegoro P, Gang Chen G. Appl. Phys Let. 100 233114(2012) http://dx.doi.org/10.1063/1.4723713.
2. Sheng S, Narayanaswamy A and Chen G, DOI: 10.1021/nl901208v http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl901208v.
3. Martinenko Y, Ognev L, J. Tech. Phys. 2005. V. 75. Issue 11. 130-2.
4. Smirnov B, Physics-Uspekhi(1997),40(11):1117. J. Tech. Phys. 2005. V. 75.Issue 11.130-2.
5. Schack, Alfred. Industrial Heat Transfer Practical and theoretical, with basic numerical examples. Translated from the 6th German ed. by I. Gutman. 1965.
6. Кутателадзе С, Основы теории теплопереноса. Наука. Новосибирск 1970, 658 с.
7. Xi Liu X and Zhang Zh ACS Photonics, Just Accepted Manuscript • Publication Date (Web): 17 Aug 2015
8. Рогачев А., Мукасян А, Синтез материалов горением. Введение в структурную макрокинетику. Физматлит 2012. 398 с.
9. Merzhanov A Reports of RAS, 1997, 353 503-7.
10. MerzhanovA, Peregudov A, Gontkovskaya V Reports of RAS, 1997, 360 217-9.
11. Filimonov I Combust. Explos.,and Shock Waves 1998 343, 69-76.
12. Zeldovich Y, Frank-Kamenetskii D J. Phys. Chem. 1938, 12, 93-9.
13. Zeldovich Y J. of Experiment. and Theoret. Phys. 1942, 12 №11/12, 498-524.
14. Merzhanov A Reports of RAS, 1977, 233 1130 -3.
15. Martirosyan K and Luss D, Carbon combustion Synthesis of Oxides, US Patent 7,897,135.
16. Martirosyan, K, Iliev,M. and Luss, D.Internat.J.SHS,2007, vol.16, no 1, pp. 36-45.
17. S. Martirosyan K and Luss D, Chem. Eng. Technol., 32, 9, 1376-1383, 2009.
18. Martirosyan K S and Luss D 2007 Carbon Combustion Synthesis of Ferrites: Synthesis and Character-ization, Ind. Eng. Chem. Res., 46, pp 1492-1499.
19. Markov A, Computers and Fluids 99C (2014), 8392.
20. Markov A, “Micro and Macro Scale Technique for Particle Growth Simulation”, Computational Fluid Dynamics Review 2010. World Scientific 2010, Chapter 24, pp. 583600.
21. Markov A, Filimonov, I and Martirosyan K, in: Kuzmin, A (Ed.), Comput. Fluid Dyn. 2010, Spring-er, London, pp.929936, 2011.
22. Markov A, Computers & Fluids. 2009. 38. pp.14351444.
23. A. Markov A, Filimonov I, and Martirosyan K, J. Comput. Phys. Volume 231, Issue 20, 15 August 2012, pp. 67146724 (2012).
24. Markov A, Filimonov I, and Martirosyan K, Internat. J. of SHS, 2013, Vol. 22, No. 1, pp. 11–17.
25. A.A. Марков Тепло -и массоперенос в субмикронных порах при движении теплового фронта в канале. Препринт № 1108 ИПМех РАН 2015г. 45с. ISBN 978-5-91741-154-5.
26. А.А. Марков, М.А. Обосян, К.С. Мартиросян. Исследование синтеза ферритов за волной горе-ния с применением моделей скольжения и скачков температуры и концентраций компонент га-зовой фазы на поверхности пор твердой фазы.// Физико-химическая кинетика в газовой дина-мике Physical-Chemical Kinetics in Gas Dynamics 2015 V16 (1) http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-1/articles/506/.
27. A.A. Марков, В.Ю. Баринов, Л.М. Умаров, И.А. Филимонов. Тепловое и видимое излучение при синтезе сульфида цинка.// Материалы Одиннадцатой Международной конференции по Неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ'2016), 25-31 мая 2016г., Алушта. М. Изд-во МАИ. C. 97-99. ISBN 978-5-4316-0300-6.
28. Filimonov I, and Poletaev A Current Opinion in Chemical Engineering 2016, 11:42–45.
29. Filimonov I, 27th Intern. Symp on Combust., Boulder, 2441-2450, 1998.
30. Filimonov I, and Luss D, AIChE J. 2005, 51, 1521-31.
31. Karnidakis G., Beskok A., Aluru N. Microflows and nanoflows. Interdisciplinary AppliedMath. 29. Springer Science+Business Media, Inc., 2005. 817 p.
32. Коган М. Динамика разреженных газов. Москва. Наука . 1967. 440 с.
33. Filimonov I, Kidin N, and Mukasyan A,. Proc. of the Combust. Inst., 28, 1421-1429, 2000
34. Seplyarskii, B. Internat. Conf Internat. SHS-50 Conf, dated for 50-year anniversary of SHS Cher-nogolovka, november20-21st 2017 Report abstracts, p.192.
35. Seplyarskii B,.G. Tarasov A,.A. Kochetkov R. Rubtsov, N, Mendeleev Communic., 4 (2014) 242–244.
36. D.A. Frank-Kamenetskii, Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics (Second Enlarged and Re