Экспериментальное исследование траектории движения горящих частиц титана

Автор: Наталья Сергеевна Белоусова

Соавторы: Белоусова Н. С. 1, 2, Глотов, О. Г.1, 2, Гуськов А. В.2

Организация: 1-Институт химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского Сибирского отделения Российской академии наук (ИХКГ СО РАН),630090, Новосибирск, Россия; 2 - Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), 630073, Новосибирск, Россия

Рис. 1. Полиномиальная зависимость координаты частицы x(t) (а) и скорости v(t) (б) от времени.

Использование металлических микрочастиц в качестве горючего подразумевает их превращение в продукты горения и может осуществляться как с целью выделения энергии, так и для получения оксидных частиц в качестве целевого продукта. Очевидно, что для оптимизации процессов в технических устройствах реализующих превращение металла в оксид, необходимо уметь рассчитывать движение именно горящих частиц в газообразной среде. Исходя из этого, целью работы было исследование закономерностей движения горящих частиц в свободном падении в воздухе и определение эффективного коэффициента аэродинамического сопротивления горящих частиц титана.

В ходе экспериментов [1] получен массив данных из более чем 100 траекторий движения горящих частиц титана различных диаметров порядка сотен микрометров в свободном падении в воздухе. Под траекторией подразумевается эмпирическая зависимость x(t) координаты частицы x от времени t. Зависимости получены посредством видеосъемки падения горящих частиц со скоростью 25 или 500 кадров секунду. Разработана математическая процедура осреднения траекторий и для ряда интервалов размеров частиц построены обобщенные полиномиальные зависимости координаты частицы x(t) и ее скорости v(t) от времени t до момента начала фрагментации, рис.1.

Определен эффективный коэффициент аэродинамического сопротивления горящих частиц титана в форме Cd = A/Re, где Re – число Рейнольдса. Установлено, что для частиц исследованного диапазона размеров величина параметра А не зависит от диаметра частицы и составляет 65–68, что примерно втрое выше, чем в Стоксовском выражении Cd = 24/Re. Полученные результаты позволяют рассчитывать движение частиц с использованием известного аналитического решения задачи о движении сферической частицы под действием сил тяжести и Стокса.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ проект №20-33-90208.

Список литературы

 1. Глотов О.Г., Белоусова Н.С., Суродин Г.С. «Горение крупных монолитных частиц титана в воздухе. I. Экспериментальные методики, время горения и режимы фрагментации», ФИЗИКА ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА Том: 57 Номер: 6 Страницы: 20-31 DOI:10.15372/FGV20210603