Способ генерации аэрозоля из твердых частиц сферической формы

 

1. СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ АЭРОЗО ЛЯ ИЗ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ, заключакяцийся в том, что порошок , СОСТОЯ1ЦИЙ из частиц несфериI ческой формы, распыляют в газе-носителе , с последующим разогревом полученных аэрозольных частиц до температуры не менее температуры их плавления , отличающийся тем, что, с-целью обеспечения возможности получения сферических аэрозольных частиц из тугоплавких материалов, повышения качества аэрозоля и КПД операции разогрева, разогрев частиц производят с помощью лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм и интенсивностью 10 - 10 Вт/см, при этом скорость аэрозольных частиц в лазерном луче поддерживают в диапазоне . О,1-5 м/с. I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) 244 А (51) 4 В 05 В 7/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3259557/23-05 (22) 13.03.81 (46) 07. 11.86. Бюл. В 41 (72) Н. Н. Белов (53) 66.069. 83 (088. 8) (56) Фукс Н.А. Механика аэрозоля.

М., АН СССР, 1955, с. 330.

Арзиев Ж. Исследование в области адгеэии аэрозольных частиц к волокнам. Автореф. дис. на соиск. учен. степени к-та техн. наук. М., 1978. (54)(57) 1. СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ АЭРОЗОЛЯ ИЗ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ СФЕРИЧЕСКОЙ

ФОРМЫ, заключающийся в том, что по— рошок, состоящий из частиц несферической формы, распыляют в газе-носителе, с последующим разогревом полученных аэрозольных частиц до температуры не менее температуры их плавления, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности получения сферических аэрозольных частиц из тугоплавких материалов, повышения качества аэрозоля и КПД операции разогрева, разогрев частиц производят с помощью лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм и инт тенсивностью 10 — 10 Вт/см, при этом скорость аэрозольных частиц в лазерном луче поддерживают в диапазо- д не. О, 1 — 5 м/с.

2. Способ по п..1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью уменьшения вероятности появления несферических частиц на выходе, поток аэрозольных частиц. формируют в виде струи с поперечным сечением, не превышающим поперечное сечение лазерного луча.

1007244

3. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что используют импульсно-периодическое излучение

СО -лазера с длительностью импульса

О, 1-4 мкс и частотой повторения импульсов 100-1000 Гц. туры материал диэлектрического цилиндра печки начинает "газить" — загрязнять газ-носитель аэрозольных частиц продуктами термического раз5 ложения материала диэлектрического цилиндра и отложений, возникающих на нем при длительной работе. Температура газа-носителя на выходе разогревающего элемента практически равна

I0 Т„„ материала, из которого состоят оплавляемые аэрозольные частицы, и может достигать 1000-1500 К. Поэтому в большинстве случаев после системы разогрева аэрозоль пропускают через

IS. систему охлаждения или балластный объем, КПД такой системы разогрева аэрозольных частиц весьма. низок, из-за того, что значительная часть мощности расходуется не на нагрев

20 аэрозольных частиц, а на разогрев газа-носителя частиц и воздуха, окружающего печь.

Цель изобретения — обеспечение возможности получения сферических 5 аэроэольных частиц из тугоплавких материалов, повьппение качества аэрозоля и КПД операции разогрева.

Изобретение относится к области аэрозольной техники, преимущественно к. технике генерации аэрозолей, и может быть использовано для получения аэрозолей, состоящих из сферических частиц.

Известен способ генерации аэрозоля из твердых частиц сферической формы, заключающийся в том, что производят распыление порошка, частицы которого имеют сферическую форму.

Основным недостатком этого способа является ограниченность материалов (стекло и полимеры), из которых возможно получение аэрозолей, состоящих из сферических твердых частиц.

Наиболее близким из известных по технической сути и достигаемому эффекту является способ генерации аэрозоля из твердых частиц сферической формы, заключаюпфйся в том, что порошок, состоящий из частиц несферической формы, распыляют в газе-носителе с последующим разогревом полученных аэрозольных частиц до температуры их плавления.

В этом способе разогрев аэрозольных частиц осуществляют пропусканием последних внутри цилиндрической элект-З0 рической печи.

Печь изготавливают из нихромовой проволоки, намотанной на диэлектрический цилиндр из тугоплавкого материала, например из кварца., Поэтому З5 указанным способом нельзя сплавлять аэрозольные частицы из материалов, температура плавления которых превосходит температуру разрушения нагревательной проволоки или диэлектрическо- 40 го цилиндра, т.е. 1000-1500 К. Кроме того, разогретый до высокой темпераЭто достигается тем, что в способе генерации аэрозоля из твердых частиц сферической формы, заключающемся в том, что порошок, состоящий из частиц несферической формы, распыляют в газе-носителе с последующим разогревом полученных аэрозоль.ных частиц до температуры их плавления, согласно изобретению разогрев частиц производят с помощью лазерного излучения с длиной волны .

10 6 мкм и интенсивностью 10

10. Вт/см, при этом скорость аэрозольнык частиц в лазерном луче з 1007244 4 поддерживают в диапазоне 0,1

5 м/с.

Для уменьшения вероятности появления несферических частиц на выходе поток аэрозольных частиц формируют в виде струи с поперечным се- . чением, не превышающим поперечное сечение лазерного луча.

Кроме того, можно использовать импульсно-.периодическое излучение 10 преломления материала аэрозольных частиц от температуры и интенсивности лазерного излучения, интенсивность лазерного луча ?„Устанавливают на таком уровне, чтобы в аэрозольной струе отсутствовали неоплавленные частицы и не быпо значительного испарения частиц. При экспериментальном подборе оптимальной интенсивности лазерного излучения используют

СО -лазера с длительностью импульса микроскопический анализ формы час0,1-4 мкс и частотой повторения им- тиц прошедших лазерный луч. Отсутпульсов 100-1000 Гц. ствия заметного испарения аэрозольНа чертеже схематически изображе-. ных частиц в лазерном луче добиваютно устройство для осуществления спо- 15 ся уменьшением ийтенсивности лазерносо6а. го излучения в 1,5-2 раза ниже того

С помощью аэрозольного генерато- значения, при котором появляется ра 1, например диспергационного ти- смещение частиц s направлении лазерпа, получают поток аэрозольных частиц ного луча ° При этом учитывают, что несферической формы. Поток аэрозоль- 20 смещение частиц в направлении лазерных частиц формируют в виде струи 2 ного луча позволяет судить о наличии путем создания потока газа 3 вокруг испарения частиц в газодинамическом аэрозольной струи с помощью сопла 4 режиме, поскольку оно в основном эжектора 5.. эрозольньй поток пере- . обУсловлено действием светореактивсекают лазерным лучом 6. 25 ного давления продуктов несимметрич.ного испарения частиц в лазерном

Регулируют расходимость аэрозоль- луче. ной струи изменением скорости спут- Высокие значения интенсивности ного потока газа так, чтобы диаметр лазерного излучения и скорости двиг аэрозольнои струи в области пересе- 30 жения аэрозольных частиц поперек лачения ее лазерным лучом меньше разме. зреного луча позволяет з ач позволяет значительно ра области поперечного сечения Ь ла- уменьшить разогрев газа-носителя зерного луча, в котором интенсив- аэрозольных частиц. Это обусловлено ность лазерного излучения равна I тем что газ-носитель не на

Э з-носитель не нагревается (1-0,5) ?я, где Тм — максимальная непосредственно лазерным лучом (не интенсивность лазерного излучения поглощает лазерного излучения) . Нав данном сечении лазерного луча ° HH грев газа-носителя происходит из-за тенсивность лазерного луча I рассчим контакта его с аэрозольными частицатывается из соотношения:

+ ; 40 личение скорости V аэрозолькой струи

К б до значения 50-100 м/с и интенсивноси 4 где Т,Т вЂ” исходная температура и о М ти лазерного излучения до 10

5 температура плавления

10 Вт/см позволяет провести разоматериала аэрозольной грев частиц до Т„„за время, меньшее частицы; 45 того времени, которое необходимо

С вЂ” удельная теплоемкость на увеличение температуры rasa-носиматериала аэрозольной час тицы, . Поскольку гаэ-носитель не поглош — масса частицы; щает лазерного излучения и отсутствуК„- фактор эффективности g0 ют какие-либо разогреваемые элеменпоглощения частицы; ты, применение данного способа по — геометрическое сечение сравнению с предложенным в прототипе частицы; приводит к уменьшению загрязненности — время облучения частицы, аэрозоля продуктами термического раэcW»p- средняя мощность тепловыху ложения материала элементов системы потерь частицы. разогрева аэрозольных частиц и увелиЕсли отсутствуют точные данные,чению КПД операции оплавления аэрозависимости комплексного показателя зольных частиц. Значительное умень10072 отношениям: и = (1,5-10)—

V аН >оо „(Т„,) (1, 2-3) — — ——

К

10 где а — радиус аэрозольной частицы, Редактор Л.Письман Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Колб

Заказ 6052/1 Тираж 681 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул.Проектная, 4 шение разогрева газа-носителя достигается при использовании импульснопериодического лазерного излучения.

При этом длительность Т, плотность, и энергии q и частоту f импульсов лазерного излучения определяют по соН (Т ) — разность энтальпий ма ОО „ПЛ териала аэр оз ол ь ной час — 15 тицы при Т„„ЗОО К.

Для оплавления аэрозольных частиц используют лазерное излучение в дальней ИК-области, например излучение СО-лазера, из-за значительного

20 увеличения коэффициентов поглощения диэлектрических материалов в этой области. Это позволяет уменьшить мощность лазерного излучения, необходи25 мую для опл авл е ния час ти ц.

Пример 1. Для получения сферических частиц корунда (Т„„= 2,5 х х 10 К) размером 2 — 4 мкм, порошок, Ъ состоящий из частиц корунда, распыляют в высокоскоростной струе (50—

150 см/с) с центробежной дезагрегацией (радиус витка центробежного дезагрегирования составляет 5-10 см).

Формируют аэрозольную струю с диаметром 50-100 мкм и со скоростью З5

0,1-0,5 м/с. Для формирования аэро° зольной струи используют, например, балластный объем,, снабженный системой сброса избыточного газа и двойным концентрическим соплом. Аэро- 40 зольный поток пропускают через внутреннее отверстие сопла, имеющее диаметр 500 мкм. Через внешнее концент44 Ь рическое отверстие сопла пропускают поток чистого газа со скороеTE>io

0,2-2 м/с. Аэрозольную струю пересекают лучом СОг — лазера с выходной мощностью 30-50 Вт. Диаметр лазерного луча уменьшают до 500 мкм путем использования острой фокусировки лазерного излучения.

Пример 2. Для получения сферических частиц корунда размером

2-4 мкм используют формирование аэрозольной струи, описанное в примере 1, и излучение импульсно-перио— дического СО -лазера с длительностью г

100 нс, частотой повторения импульсов 1 кГц и энергией в импульсе из— лучения 1 Дж. В области пересечения с аэрозольной струей диаметр лазерного луча (по спаду интенсивности в 2 раза) устанавливают равным 3 мм.

Предлагаемый способ генерации аэрозоля, состоящего из сферических твердых частиц, позволяет получать сферические аэрозольные частицы из любых тугоплавких материалов при значительном уменьшении загрязненности аэрозоля продуктами термического разложения материала элементов системы разогрева аэрозольных частиц по сравнению с известным способом.

Предлагаемый способ найдет широкое применение в аэрозольной технике, так как позволяет уменьшить разогрев газа-носителя аэрозольных частиц и увеличить КПД операции оплавления

I частиц. Способ найдет широкое применение в научных исследованиях, так как возможность получения сферических частиц из практически любых материалов имеет большое значение при изучении физики аэродинамических систем, в частности для нелинейной оптики аэрозоля.