Способ получения высокодисперсного аэрозоля из твердых частиц

Изобретение относится к области диспергирования твердых частиц и может быть использовано при исследовании свойств аэрозолей радиоактивных материалов с использованием материалов-имитаторов, сходных по поведению с радиоактивными материалами при взрывном нагружении. Задачей изобретения является создание способа получения высокодисперсных аэрозолей из твердых частиц исследуемых материалов. Для этого перед разгоном твердые частицы равномерно размещают а объеме таблетки из легкоплавкого материала. Таблетку устанавливают в выемку на переднем торце поддона. Разгон частиц осуществляют вместе с таблеткой в поддоне в стволе баллистической установки до гиперзвуковой скорости. Испаряют материал таблетки за счет адиабатического сжатия воздуха в стволе баллистической установки и высвобождают твердые частицы. Уводят элементы поддона из зоны полета частиц вне ствола баллистической установки. Диспергирование частиц с получением аэрозоля осуществляют в результате воздействия на них высокоэнтальпийного набегающего потока воздуха. Техническим результатом изобретения является повышение информативности эксперимента за счет получения регламентированного спектра аэрозолей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области диспергирования твердых частиц. Преимущественная область использования - исследование свойств аэрозолей радиоактивных материалов с использованием материалов-имитаторов, сходных по поведению с радиоактивными материалами при взрывном нагружении и при этом являющихся экологически безопасными.

Известен способ получения аэрозолей путем их дробления и термического разрушения с использованием взрыва, описанный в «Большой советской энциклопедии», издание второе, 1950 г., т.3, стр.609. К недостаткам взрывного способа получения аэрозолей необходимо отнести их малую плотность на единицу площади поверхности исследуемой мишени и их нерегулярный спектр, обусловленные нерегламентированным распылением аэрозолей и их выгоранием.

Известен способ получения высокодисперсной аэрозоли из твердых частиц, описанный в патенте «Способ получения огнетушащей смеси и устройство для его осуществления», патент RU №2176925, МПК7 A62C 35/00, опубликован 20.12.2001, бюл. №35, выбранный в качестве прототипа. Газопорошковую смесь предварительно размельчают в шнековом завихрителе, затем разгоняют ее в сверхзвуковом сопле и направляют на ударную волну, возникающую в результате набегания сверхзвукового потока на тело конической формы, установленное на выходе из сверхзвукового сопла. Предварительно измельченные частицы огнетушащего порошка, взаимодействуя с ударной волной как с проницаемой преградой, диспергируют в аэрозоль, а полученную ультрадисперсную газоаэрозольную смесь формируют с помощью насадков в виде распыленного облака или компактной струи и подают в очаг пожара.

Данный способ обладает недостатками, связанными с необходимостью предварительного размельчения порошка, наличием сверхзвукового сопла для формирования ударной волны и обеспечением взаимодействия порошка с ударной волной как с проницаемой механической преградой, в результате чего происходит диспергирование и последующее образование аэрозоли. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Решаемой технической задачей является создание способа получения высокодисперсных аэрозолей из твердых частиц исследуемых материалов.

Ожидаемый технический результат заключается в повышении информативности эксперимента за счет получения регламентированного спектра аэрозолей.

Технический результат достигается за счет реализации способа получения высокодисперсной аэрозоли из твердых частиц, включающего разгон твердых частиц до заданной скорости, их последующее диспергирование. В отличие от прототипа в заявленном способе перед разгоном твердые частицы равномерно размещают в объеме таблетки из легкоплавкого материала. Таблетку устанавливают в выемку на переднем торце поддона. Разгон частиц вместе с таблеткой осуществляют в поддоне в стволе баллистической установки до гиперзвуковой скорости, при этом за счет адиабатического сжатия воздуха в стволе баллистической установки испаряют материал таблетки и высвобождают твердые частицы. Уводят элементы поддона из зоны полета частиц вне ствола баллистической установки и диспергирование частиц с получением аэрозоли осуществляют в результате воздействия на них высокоэнтальпийного набегающего потока воздуха. В таблетку могут быть помещены твердые частицы различных фракций.

Равномерное размещение твердых частиц в объеме таблетки позволяет получить после их высвобождения за пределами ствола регламентировано направленный поток диспергируемых частиц.

Размещение твердых частиц в таблетке из легкоплавкого материала исключает окисление материала частиц на воздухе и позволяет их выстроить в требуемом порядке перед разгоном в стволе баллистической установки.

Установка таблетки в выемке на переднем торце поддона, разгон частиц вместе с таблеткой в поддоне в стволе баллистической установки до гиперзвуковой скорости, испарение материала таблетки за счет адиабатического сжатия воздуха в стволе баллистической установки и высвобождение твердых частиц позволяют создать начальные условия (высвобождение, нагрев и ориентирование частиц в пространстве), при которых реализуется регламентированный процесс диспергирования частиц исследуемого материала.

Увод элементов поддона из зоны полета частиц вне ствола баллистической установки исключает возмущение потока диспергируемых частиц.

Диспергирование частиц с получением аэрозоли в результате воздействия на них высокоэнтальпийного набегающего потока воздуха позволяет получить высокодисперсную аэрозоль из твердых частиц с заданными параметрами.

Помещение в таблетку твердых частиц различных фракций позволяет получить в одном эксперименте информацию о процессе диспергирования частиц различных размеров при прочих равных условиях.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 приведена схема начального состояния элементов, участвующих в способе получения высокодисперсной аэрозоли из твердых частиц, на фиг.2 и 3 - последовательные стадии способа диспергирования.

Получение высокодисперсной аэрозоли из твердых частиц осуществляют следующим образом. Твердые частицы 1 исследуемого материала равномерно распределяют по объему таблетки 3 из легкоплавкого материала, например парафина. Формирование таблетки 3 с размещением в ней твердых частиц 1 производят в среде защитных газов, чтобы исключить окисление исследуемого материала. Затем таблетку 3 устанавливают в выемку 4 на переднем торце поддона 5, который затем помещают в ствол 6 баллистической установки, и производят выстрел. Поддон 5 с размещенной на его переднем торце таблеткой 3 разгоняют в стволе 6 до гиперзвуковой скорости, в результате чего находящийся в стволе 6 воздух за счет его адиабатического сжатия приобретает температуру, достаточную для испарения таблетки 3 из легкоплавкого материала, в нашем случае парафина. Элементы 7 поддона 5 уводят в стороны набегающим потоком воздуха и останавливают, например, с помощью плиты-отсекателя 8, имеющей отверстие для пролета диспергируемых частиц 1. Регламентированно направленный поток высвобожденных твердых частиц 1 за пределами ствола 6 подвергают воздействию гиперзвукового высокоэнтальпийного набегающего потока воздуха, при обтекании которым твердых частиц реализуются высокие температуры и давления, приводящие к их термомеханическому разрушению, в результате чего происходит их диспергирование с образованием облака аэрозоли, которое осаждается на мишени 9. Помещением в таблетку 3 твердых частиц 1 различных фракций получают в одном эксперименте информацию о процессе диспергирования частиц различных размеров.

Предложенный способ получения высокодисперсной аэрозоли из твердых частиц позволяет повысить информативность эксперимента за счет получения регламентированного спектра аэрозолей.

Предложенный способ прошел экспериментальную проверку путем разгона твердых частиц размером от 0,5 мм до 1,5 мм в стволе легкогазовой пушки до гиперзвуковых скоростей (V>2000 м/с) с последующим их диспергированием при полете в воздухе и осаждением облака аэрозоли на мишени.

1. Способ получения высокодисперсного аэрозоля из твердых частиц, включающий разгон твердых частиц до заданной скорости, их последующее диспергирование с получением аэрозоля, отличающийся тем, что перед разгоном твердые частицы равномерно размещают в объеме таблетки из легкоплавкого материала, таблетку устанавливают в выемку на переднем торце поддона, разгон частиц осуществляют вместе с таблеткой в поддоне в стволе баллистической установки до гиперзвуковой скорости, при этом испаряют материал таблетки за счет адиабатического сжатия воздуха в стволе баллистической установки и высвобождают твердые частицы; уводят элементы поддона из зоны полета частиц вне ствола баллистической установки, а диспергирование частиц с получением аэрозоля осуществляют в результате воздействия на них высокоэнтальпийного набегающего потока воздуха.

2. Способ получения высокодисперсного аэрозоля из твердых частиц по п.1, отличающийся тем, что в таблетку помещают твердые частицы различных фракций.