Способ генерации аэрозоля из твердых частиц сферической формы

(51) 4 В 05 В 7/14 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(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 СФЕРИЧЕСКОЙФОРМЫ, 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью 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 - 1 О Вт/см, при этом скорость аэрозольных частиц в лазерном луче поддерживают в диапазо- р не. О, 1 - 5 м/с.е1007244 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, заключающЬйся 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 ЗО рической печи.Печь изготавливают из нихромовой проволоки, намотанной на диэлектрический цилиндр из тугоплавкого материала, например из кварца., Поэтому 35 указанным способом нельзя сплавлять аэрозольные частицы из материалов, температура плавления которых превосходит температуру разрушения нагревательной проволоки или диэлектрическо го цилиндра, т.е. 1000-1500 К. Кроме того, разогретый до высокой температуры материал диэлектрического цилиндра печки начинает "газить" - загрязнять газ-носитель аэрозольныхчастиц продуктами термического раз ложения материала диэлектрическогоцилиндра и отложений, возникающих нанем при длительной работе. Температура газа-носителя на выходе разогревающего элемента практически равна 1 О Т материала, из которого состоятоплавляемые аэрозольные частицы, иможет достигать 1000-1500 К. Поэтомув большинстве случаев после системыразогрева аэрозоль пропускают через 15.систему охлаждения или балластныйобъем, КПД такой системы разогревааэрозольных частиц весьма низок,из-за того, что значительная частьмощности расходуется не на нагрев 20 аэрозольных частиц, а на разогревгаза-носителя частиц и воздуха,окружающего печь.Цель изобретения - обеспечениевозможности получения сферических 25 аэроэольных частиц из тугоплавкихматериалов, повьппение качествааэрозоля и КПД операции разогрева. 2. Способ по п, .1, о т л и ч аю щ и й с я 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. 3. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что используют импульсно-периодическое излучение СО-лазера с длительностью импульса О, 1-4 мкс и частотой повторения импульсов 100-1000 Гц. Это 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 103 10. Вт/см, при этом скорость аэрозольнык частиц в лазерном луче3 1007244 4 поддерживают в диапазоне О,1 5 м/с.Для уменьшения вероятности появления несферических частиц на выходе поток аэрозольных частиц формируют в виде струи с поперечным сечением, не превышающим поперечное сечение лазерного луча.Кроме того, можно использовать импульсно-.периодическое излучение 10 преломления материала аэрозольныхчастиц от температуры и интенсивности лазерного излучения, интенсивностьлазерного луча 1 устанавливают натаком уровне, чтобы в аэрозольнойструе отсутствовали неоплавленныечастицы и не быпо значительного испарения частиц. При экспериментальном подборе оптимальной интенсивности лазерного излучения используют СО-лазера с длительностью импульсамикроскопический анализ формы час,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 добивают- но устройство для осуществления спо ся уменьшением ийтенсивности лазернособа. го излучения в 1,5-2 раза ниже тогоС помощью аэрозольного генерато- значения, при котором появляется ра 1, например диспергационного ти- смещение частиц в направлении лазерпа, получают поток аэрозольных частиц ного луча. При этом учитывают, что . несферической формы. Поток аэрозоль 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 Аэрозольный поток пере- обусловлено действием светореактивсекают лазерным лучом 6. 25 ного давления продуктов несимметрич,ного испарения частиц в лазерномРегулируют расходимость аэрозоль- луче.ной струи изменением скорости спут- Высокие значения интенсивностиного потока газа так, чтобы диаметР. лазерного излучения и скорости двиаэрозольнои струи в области пересе- З 0 жения аэрозольных частиц поперек лаченияее лазерным лучом меньше разме зреного луча позволяет з ачпозволяет значительнора области поперечного сечения Ь ла- уменьшить разогрев газа-носителя зерного луча, в котором интенсив- аэрозольных частиц. Это обусловлено ность лазерного излучения равна 1тем что газ-носитель не наЭз-носитель не нагревается(1-0,5) 1 я, где 1 м - максимальная непосредственно лазерным лучом (неинтенсивность лазерного излучения поглощает лазерного излучения). Нав данном сечении лазерного луча. Ин- грев газа-носителя происходит из-за тенсивность лазерного луча 1 рассчим контакта его с аэрозольными частицатывается из соотношения:СшТ - То) + с - 40 личение скорости Ч аэрозолькой струиф К бдо значения 50-100 м/с и интенсивноси 4 где Т,Т - исходная температура иоф йвти лазерного излучения до 10температура плавления1 О Вт/см позволяет провести разоматериала аэрозольной грев частиц до Тза время, меньшеечастицы;того времени, которое необходимоС - удельная теплоемкость на увеличение температуры газа-носиматериала аэрозольной тещчастицы,. Поскольку гаэ-носитель не поглош - масса частицы; щает лазерного излучения и отсутствуК - фактор эффективности 50 ют какие-либо разогреваемые элеменпоглощения частицы; ты, применение данного способа по- геометрическое сечение сравнению с предложенным в прототипечастицы; приводит к уменьшению загрязненности- время облучения частицы; аэрозоля продуктами термического раэсИ,)- средняя мощность тепловых 55 ложения материала элементов системыпотерь частицы, разогрева аэрозольных частиц и увелиЕсли отсутствуют точные данные ,чению КПД операции оплавления аэро- зависимости комплексного показателя зольных частиц, Значительное умень1 О 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, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 шение разогрева газа-носителя достигается при использовании импульсно- периодического лазерного излучения, При этом длительность Т , плотность,иэнергии и и частоту Г импульсов лазерного излучения определяют по соН (Т ) - разность энтальпий мапп пвтериала аэр оз ол ь ной час - 15тицы при ТЗОО К.Для оплавления аэрозольных частиц используют лазерное излучение в дальней ИК-области, например излучение СО-лазера, из-за значительного20 увеличения коэффициентов поглощения диэлектрических материалов в этой области, Это позволяет уменьшить мощность лазерного излучения, необходи 25 мую для оплавления частиц.П р и м е р 1, Для получения сферических частиц корунда (Тпп = 25 хх 10 К) размером 2 - 4 мкм, порошок,Ъсостоящий 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 35 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 зольный поток пропускают через внутреннее отверстие сопла, имеющее диаметр 500 мкм, Через внешнее концент 44 Ьрическое отверстие сопла пропускаютпоток чистого газа со скоростью0,2-2 м/с. Аэрозольную струю пересекают лучом СОг - лазера с выходноймощностью 30-50 Вт, Диаметр лазерного луча уменьшают до 500 мкм путемиспользования острой фокусировкилазерного излучения,П р и м е р 2. Для получениясферических частиц корунда размером2-4 мкм используют формированиеаэрозольной струи, описанное в примере 1, и излучение импульсно-перио -дического СО -лазера с длительностьюг100 нс, частотой повторения импульсов 1 кГц и энергией в импульсе из -лучения 1 Дж, В области пересеченияс аэрозольной струей диаметр лазерного луча (по спаду интенсивностив 2 раза) устанавливают равным 3 мм.Предлагаемый способ генерацииаэрозоля, состоящего из сферическихтвердых частиц, позволяет получатьсферические аэрозольные частицы излюбых тугоплавких материалов призначительном уменьшении загрязненности аэрозоля продуктами термического разложения материала элементовсистемы разогрева аэрозольных частицпо сравнению с известным способом.Предлагаемый способ найдет широкоеприменение в аэрозольной технике,так как позволяет уменьшить разогревгаза-носителя аэрозольных частиц иувеличить КПД операции оплавления1частиц. Способ найдет широкое применение в научных исследованиях, таккак возможность получения сферическихчастиц из практически любых материалов имеет большое значение при изучении физики аэродинамических систем,в частности для нелинейной оптикиаэрозоля,