- Код статьи
- 10.31857/S0040357124030117-1
- DOI
- 10.31857/S0040357124030117
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 58 / Номер выпуска 3
- Страницы
- 367-381
- Аннотация
- Численно исследуются процессы тепло- и массопереноса в прямоточном реакторе при синтезе микронных частиц магний-цинкового феррита (МЦФ). Предлагается новая постановка задачи синтеза МЦФ методом горения углерода, учитывающая переменность проницаемости и пористости смеси частиц реагентов и продукта. Сопоставлены результаты расчетов с применением уравнений Навье–Стокса с распределенным сопротивлением движению газа в порах (модель НС) и уравнений Дарси–Бринкмана (модель ДБ) при одинаковых начальных параметрах. Обсуждаются отличия расчетов указанных моделей при малой и большой проницаемости смеси микронных частиц реагентов. Отмечены режимы, для которых обе модели дают близкие результаты, и режимы значительного отличия в скорости горения и синтеза, обусловленные конвективным механизмом передачи тепла и количества движения в случае переменной пористости. Показано, что более интенсивный перенос тепла в модели НС ускоряет рост удельного объема твердой фазы за счет теплового расширения. Результаты расчетов указывают на важность нестационарных процессов переноса количества движения газа в порах проточного реактора и подтверждают преимущества модели НС в изучении синтеза микронных частиц сложных оксидов методом горения углерода. Исследования проведены для быстро протекающих процессов и ограничены отрезком времени синтеза, который лимитируется начальными концентрациями реагентов.
- Ключевые слова
- фильтрация модели Навье–Стокса Дарси–Бринкмана синтез горением углерода микронные частицы ферриты
- Дата публикации
- 22.06.2024
- Год выхода
- 2024
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 26
Библиография
- 1. Quintard M., Whitaker S. Theoretical analysis of transport in porous media. Marcel Dekker, New York. 2000. 70 p.
- 2. Whitaker S. Transport equations for multi-phase systems // Chem. Eng. Sci. 1973. V. 28. P. 139.
- 3. Fatehi M., Kaviany M. Role of gas-phase reaction and gas-solid thermal nonequilibrium in reverse combustion // Int. Heat Mass. Transfer. 1997. V. 11. P. 2607.
- 4. Oliveira A.A.M., Kaviany M. Nonequilibrium in the transport of heat and reactants in combustion in porous media // Prog. Energy Combustion Sci. 2001. V. 27. P. 523.
- 5. Pereira F.M., Oliveira A.A.M., Fachini F.F. Theoretical analysis of ultra-lean premixed flames in porous inert media // J. Fluid Mech. 2010. V. 657. P. 285.
- 6. Yasuaki I., Selvadurai A.P.S. Transport phenomena in porous media aspects of micro/macro behavior. N-Y: Springer, 2015. 383 p.
- 7. https://doi.org/10.1007/978-3-642-25333-1
- 8. Nield D.A., Bejan A. Convection in porous media. N-Y: Springer, 2013. 778 p.
- 9. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5541-7
- 10. Леонтьев Н.Е. Основы теории фильтрации. М.: МГУ, 2009. 87 с.
- 11. Scheidegger A.E. The physics of flow through porous media. University of Toronto Press.1974. 353 p.
- 12. Шарфарец Б.П., Курочкин В.Е. К вопросу о подвижности частиц и молекул в пористых средах // Научное приборостроение. 2015. Т. 25. № 4. С. 43.
- 13. Betelin V.B., Galkin V.A., Shpilman A.V., Smirnov N.N. Digital core simulator – a promising method for developing hard-to-recover oil reserves technology // Materials Physics and Mechanics. 2020. V. 44. P. 186.
- 14. Debenest G., Guibert R., Horgue P., Yang C. Numerical simulation of solid combustion in microporous particles // Front. Chem. 2020. V. 8. 510686. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.510686
- 15. Yang C., Debenest G. Numerical simulations for smoldering in a horizontal channel: comparisons between variable density-based formulation and incompressible one // Combust. Sci. Technol. 2014. V. 186. P. 1954. https://doi.org/10.1080/00102202.2014.930028
- 16. Brinkman H.A. A calculation of the viscous force exerted by a flowing fluid on a dense swarm of particles // Appl. Sci. Res. 1949. V. 1. P. 27. https://doi.org/10.1007/BF02120313
- 17. Мержанов А.Г., Шкиро В.М., Боровинская И.П. Способ получения неорганических соединений. Авторское свидетельство СССР № 255221. 1967 // Бюллетень изобретений. 1975. № 26. С. 29.
- 18. Varma A., Rogachev A.S., Mukasyan A.S., Hwang S. Combustion synthesis of advanced materials // Adv. Chem. Eng. 1998. V. 24. P. 79.
- 19. Шкадинский К.Г. Квази-изобарическое приближение в теории горения // Химическая физика. 2014. Т. 33. № 6. С. 42.
- 20. Martirosyan K.S., Luss D. Carbon combustion synthesis of oxides: process demonstration and features // AIChE J. 2005. V. 51. № 10. P. 2801.
- 21. Martirosyan K.S., Luss D. Carbon combustion synthesis of ferrites: synthesis and characterization // Ind. Eng. Chem. Res. 2007. V. 46. P. 1492.
- 22. Алдушин А.П., Мержанов А.Г. Теория фильтрационного горения: общие представления и состояние исследований // Распространение тепловых волн в гетерогенных средах. Новосибирск: Наука. 1988. С. 9.
- 23. Алдушин А.П., Ивлева Т.П. Моделирование гидродинамической неустойчивости фильтрационного режима распространения фронта горения в пористой среде // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51. № 1. С. 125.
- 24. Markov A.A., Hobosyan M.A., Martirosyan K.S. Simulation of heat and mass transfer in pores as applied to synthesis of magnesium-zinc and nickel-zinc ferrite nanoparticles // Nanomech. Sci. Technol: An Int. J. (Begel House Inc.). 2015. V. 6. Iss. 3. P. 209. https://doi.org/10.1615/NanomechanicsSciTechnolIntJ.v6.i3.40
- 25. Markov А.А. On thermal and mass dispersion effect on barium titanate synthesis via CCSO // Phys.-Chem. Kin. Gas Dyn. 2019. V. 20. № 4. P. 1. http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.4.870
- 26. Марков А.А. Эффект теплового и концентрационного расширения при синтезе титаната бария в прямоточном реакторе // Теорет. основы хим. Технологии. 2021. Т. 55. № 5. С. 929. [Markov A.A. Thermal and concentration expansion in the synthesis of Barium Titanate in a once-through reactor // Theor. Found. Chem. Eng. 2021. V. 55. № 5. P. 929.]
- 27. Markov A.A. Multitemperature model of a sps reactor for the synthesis and densification of zirconium nitride // Phys.-Chem. Kin. Gas Dyn. 2021. V. 22. № 6. http://chemphys.edu.ru/issues/2021-22-6/articles/962/
- 28. Марков А.А., Filimonov I.A., Martirosyan K.S. Carbon combustion synthesis of oxides: effect of Mach, Peclet, and Reynolds numbers on gas dynamics // Int. J. Self Prop. High Temp. Synthesis. 2013. V. 22. № 1. P. 11.
- 29. Марков А.А., Филимонов И.А., Мартиросян К.С. Моделирование синтеза сложных оксидов субмикронной дисперсности // Теор. осн. хим. технол. 2017. Т. 51. № 1. С. 31. [Markov A.A., Filimonov I.A., Martirosyan K.S. Modeling of submicron complex oxides synthesis // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51. № 1. P. 27.]
- 30. Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. М.: Мир, 1964.
- 31. Сорокова С.Н., Князева А.Г. Связанная модель спекания порошков системы Ti–TiAI3 // Изв. Томск. политех. унив. 2009. Т. 314. № 2. С. 96.
- 32. Князева А.Г., Романова В.А., Поболь И.Л. Поле напряжений в диффузионной зоне соединения, получаемого электронно-лучевой пайкой // Физическая мезомеханика. 2001. Т. 4. № 5. С. 41.
- 33. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. 491 c.
- 34. Марков А.А., Филимонов И.А. Нестационарные структуры спирального горения на поверхности // Физ.-хим. кинет. газов. дин. 2021. Т. 22. № 3. http://chemphys.edu.ru/issues/2021-22-3/articles/938/
