vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Buildingvestniktgasu-349Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSВлияние термической плазмы на образование керамических микросфер. Часть 1. Характер нагрева и испаренияThermal Plasma Effect on Ceramic Microsphere Formation. Part 1. Heating and EvaporationШеховцовВалентин ВалерьевичShekhovtsovValentin V.shehovcov2010@yandex.ruВолокитинОлег ГеннадьевичVolokitinOleg G.volokitin_oleg@mail.ruВолокитинГеннадий ГеоргиевичVolokitinGennady G.vgg-tomsk@mail.ruСкрипниковаНелли КарповнаSkripnikovaNelli K.nks2003@mail.ruАньшаковАнатолий СтепановичAnshakovAnatoly A.anshakov@itp.nsc.ruКузьминВиктор ИвановичKuzminVictor I.vikuzmin57@mail.ruТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian FederationИнститут теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАНРоссияKutateladze Institute of Thermal Physics SB RASRussian FederationИнститут теоретической и прикладной механики им. С.А. ХристиановичаРоссияKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RASRussian Federation20172102201805143150Copyright © Шеховцов В.В., Волокитин О.Г., Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Аньшаков А.С., Кузьмин В.И., 20182018Шеховцов В.В., Волокитин О.Г., Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Аньшаков А.С., Кузьмин В.И.Shekhovtsov V.V., Volokitin O.G., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Anshakov A.A., Kuzmin V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/349

Рассмотрен процесс теплопереноса от термической плазмы к агломерированной частице SiO2. Расчетным путем установлены границы дисперсности вводимых частиц в поток термической плазмы. Параметры эксперимента: температура 3500 К; удельный тепловой поток 1-2·106 Вт/м2; скорость потока 122 м/с. Описано влияние исходной пористости частиц на динамику их нагрева и испарения в процессе движения в плазменном потоке. С учетом проведенных расчетов динамики нагрева и испарения агломерированных частиц в потоке термической плазмы смоделирована концентрация жидкой фазы, содержащейся в частице с учетом реального химического состава.

The paper considers the process of heat transfer between thermal plasma and agglomerated SiO2 particle. The dispersion boundaries of particles entering the thermal plasma flow are calculated in the paper. The experiment parameters include 3500 K temperature, 1-2×106 W/m2 specific heat flow, and 122 m/s flow velocity. The effect of the initial particle porosity on the dynamics of heating and evaporation during their motion in plasma flow is described. The model of the concentration liquid phase containing in particle with allowance for the actual chemical composition is proposed taking into account calculations of heating and evaporation dynamics of agglomerated particles in thermal plasma flow.

микросфераагломерированные частицыэнергия термической плазмытеплообменпроцессы плавлениямоделированиеmicrosphereagglomerated particlesthermal plasma energyheat transfermelting processmodelingReferencesИсследование структуры и состава пленочных золь-гель-систем CoOx-SiO2 / В.С. Левицкий, А.И. Максимов, В.А. Мошников, Е.И. Теруков // Физика твердого тела. - 2014. - Т. 56. - № 2. - С. 270-275.Levitsky V.S. Issledovaniye struktury i sostava plenochnykh zol'-gel'-sistem CoOx–SiO2 [Investigation of the structure and composition of film sol-gel-derived CoOx-SiO2 systems]. Physics of the Solid State. 2014. V. 56. No. 2. Pp. 270–275.Preparation of porous yttrium Oxide microparticles by gelation of ammonium alginate in aqueous solution containing yttrium / M. Kawashita, N. Matsui, Zh. Li, T. Miyaza // Ions. J Mater Sci: Mater Med. - 2010. - № 21. - Р. 1837-1843.Kawashita M., Matsui N., Li Zh., Miyaza T. Preparation of porous yttrium Oxide microparticles by gelation of ammonium alginate in aqueous solution containing yttrium. Ions. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 2010. No. 21. Pp. 1837–1843.Оценка морфологии частиц при плазмохимическом синтезе керамических порошков / А.С. Жуков, В.А. Архипов, С.С. Бондарчук, В.Д. Гольдин // Химическая физика. - 2013. - Т. 32. - № 12. - С. 1-6.Zhukov A.S. Arkhipov V.A., Bondarchuk S.S., Goldin V.D. Otsenka morfologii chastits pri plazmokhimicheskom sinteze keramicheskikh poroshkov [Evaluation of particle morphology in plasma-chemical synthesis of ceramic powders]. Khimicheskaya fizika. 2013. V. 32. No. 12. Pp. 1–6. (rus)Evolution of a liquid-drop aerosol cloud in the atmosphere / V.A. Arkhipov, E.A. Kozlov, I.K. Zharova, S.S. Titov, A.S. Usanina // Arabian Journal of Geosciences. - 2016. - V. 9. - № 2. - P. 1-10.Arkhipov V.A., Kozlov E.A., Zharova I.K., Titov S.S., Usanina A.S. Evolution of a liquid-drop aerosol cloud in the atmosphere. Arabian Journal of Geosciences. 2016. V. 9. No. 2. Pp. 1–10.Fly ash particles spheroidization using low temperature plasma energy / V.V. Shekhovtsov, O.G. Volokitin, A.A. Kondratyuk, R.E. Vitske // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2016. - № 156. - 012043.Shekhovtsov V.V., Volokitin O.G., Kondratyuk A.A., Vitske R.E. Fly ash particles spheroidization using low temperature plasma energy. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. No. 156. 012043.Plasma treatment of agglomerating aluminosilicate powders based on coal ash / V.V. Shekhovtsov, G.G. Volokitin, N.K. Skripnikova, О.G. Volokitin, R.E. Gafarov // AIP Conference Proceedings. - 2017. - № 1800. - 020008.Shekhovtsov V.V., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volokitin О.G., Gafarov R.E. Plasma treatment of agglomerating aluminosilicate powders based on coal ash. AIP Conference Proceedings. 2017. No. 1800. 020008.Solonenko, O.P. Thermal plasma processes for production of hollow spherical powders: theory and experiment / O.P. Solonenko, I.P. Gulyaev, A.V. Smirnov // Journal of Thermal Science and Technology. - 2011. - V. 6. - № 2. - P. 219-234.Solonenko O.P., Gulyaev I.P., Smirnov A.V. Thermal plasma processes for production of hollow spherical powders: theory and experiment. Journal of Thermal Science and Technology. 2011. V. 6. No. 2. Pp. 219–234.Использование низкотемпературной плазмы для получения зольных микросфер / В.В. Шеховцов, В.А. Власов, Г.Г. Волокитин, О.Г. Волокитин // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2016. - Т. 59. - № 9-3. - С. 305-305.Shekhovtsov V.V., Vlasov V.A., Volokitin G.G., Volokitin O.G. Ispol'zovaniye nizkotemperaturnoy plazmy dlya polucheniya zol'nykh mikrosfer [Low-temperature plasma used tor obtain ash microspheres]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Fizika. 2016. V. 59. No. 9-3. Pp. 305–305. (rus)Физико-химические процессы получения зольных микросфер с использованием низкотемпературной плазмы / Г.Г. Волокитин, В.В. Шеховцов, Н.К. Скрипникова, О.Г. Волокитин, С. Волланд // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - 2016. - Т. 56. - № 3. - С. 139-145.Volokitin G.G., Shekhovtsov V.V., Skripnikova N.K., Volokitin O.G., Volland S. Fizikokhimicheskiye protsessy polucheniya zol'nykh mikrosfer s ispol'zovaniyem nizkotemperaturnoy plazmy [Physico–chemical processes of spherical particle production using lowtemperature plasma]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2016. No. 3. Pp. 139–145. (rus)Моделирование процесса получения полых частиц кремнезема в плазменном потоке. Часть 1. Динамика движения и нагрева пористых частиц / В.А. Архипов, С.С. Бондарчук, В.В. Шеховцов, О.Г. Волокитин, А.С. Аньшаков, В.И. Кузьмин // Теплофизика и аэромеханика. - 2017.Arkhipov V.A., Bondarchuk S.S., Shekhovtsov V.V., Volokitin O.G., Anshakov A.S., Kuz'min V.I. Modelirovaniye protsessa polucheniya polykh chastits kremnezema v plazmennom potoke. Chast' 1. Dinamika dvizheniya i nagreva poristykh chastits [Simulation of production process for hollow silica particles in plasma flow. Part 1. Dynamics of motion and heating of porous particles]. Teplofizika i aeromekhanika. 2017. (rus)Волков, А.И. Большой химический справочник / А.И. Волков, И.М. Жарский. - Минск : Современная школа, 2005 - 608 с.Volkov A.I., Zharskiy I.M. Bol'shoy khimicheskiy spravochnik [Big chemical handbook]. Minsk: Sovremennaya shkola Publ., 2005. 608 p. (rus)Gulyaev, I. Experience in plasma production of hollow ceramic microspheres with required wall thickness / I. Gulyaev // Ceramics International. - 2015. - V. 41. - № 1. - P. 101-107.Gulyaev I. Experience in plasma production of hollow ceramic microspheres with required wall thickness. Ceramics International. 2015. V. 41. No. 1. Pp. 101–107.Физическая химия силикатов / А.А. Пащенко [и др.]. ; под ред. А.А. Пащенко. - М. : Высш. шк., 1986. - 368 с.Pashchenko A.A., et al. Fizicheskaya khimiya silikatov [Physical chemistry of silicates]. Moscow: Vysshaya Shkola Publ., 1986. 368 p. (rus)Исследование процессов плавления кварцевого песка с помощью энергии низкотемпературной плазмы / Ю.А. Абзаев, Г.Г. Волокитин, Н.К. Скрипникова, О.Г. Волокитин, В.В. Шеховцов // Стекло и керамика. - 2015. - № 6. - С. 44-46.Abzaev Yu.A., Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volokitin O.G., Shekhovtsov V.V. Issledovanie protsessov plavleniya kvartsevogo peska s pomoshch'yu energii nizkotemperaturnoi plazmy [Investigation of silica sand melting using low-temperature plasma energy]. Steklo i keramika. 2015. No. 6. Pp. 44–46. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.