Πειραματική Και Υπολογιστική Μελέτη Των Δυναμικών Ιδιοτήτων Και Της Δομής Συσσωματωμάτων Αιθάλης

Abstract

Στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκε η μέθοδος ρυθμού συγκρούσεων (CRM) για τον υπολογισμό του συντελεστή οπισθέλκουσας μορφοκλασματικών συσσωματωμάτων σε όλες τις περιοχές ροής. Ο συντελεστής οπισθέλκουσας υπολογίστηκε από το λόγο των ρυθμών σύγκρουσης μεταξύ σωματιδίου και συσσωματώματος στη συνεχή και την slip περιοχή. Η μέθοδος επαληθεύτηκε για ευθείες αλυσίδες συσσωματωμάτων που αποτελούνταν από σφαιρικά σωματίδια. Υπολογίστηκε η ακτίνα προσαρμοσμένης σφαίρας, η ακτίνα μιας σφαίρας με τον ίδιο διορθωτικό παράγοντα με την αλυσίδα, στη slip ροή. Βρέθηκε μια ασθενής εξάρτηση στις συνθήκες ροής. Η CRM συνδυάστηκε με τη μέθοδο προσαρμοσμένης σφαίρας (ASM) για να διευρύνουμε τη χρήση της σε όλους τους αριθμούς Knudsen. Οι συντεστές διόρθωσης ευθείων αλυσίδων βρισκόταν σε καλή συμφωνία για αριθμούς Knudsen μέχρι 100.Μελετήθηκε η επιροή των γεωμετρικών ιδιοτήτων και του μεγέθους σωματιδίων στις ιδιότητες κινητικότητας σε όλες τις περιοχές ροής. Η ακτίνα κινητικότητας μορφοκλασματικών συσσωματωμάτων στη συνεχή περιοχή υπολογίστηκε με την CRM, ενώ στην ελεύθερη μοριακή περιοχή υπολογίστηκε η μέση προβαλλόμενη επιφάνεια και σχετίστηκε με την ακτίνα κινητικότητας. Προτάθηκαν εμπειρικές σχέσεις, και για τις δύο περιοχές ροής, οι οποίες την ακτίνα κινητικότητας με τη γυροσκοπική ακτίνα και τον αριθμό μονομερών. Οι προτεινόμενες εκφράσεις εξαρτώνται μόνο από γεωμετρικές ιδιότητες και είναι ανεξάρτητες από τις fractal διάσταση και παράγοντα. Οι υπολογισμένες ακτίνες κινητικότητας διαφορετικών fractal συσσωματωμάτων βρίσκονται σε καλή συμφωνία με βιβλιογραφικές τιμές. Στη μεταβατική περιοχή ερευνήθηκαν δύο μέθοδοι: η CRM και η ASM. Μια σχέση προτάθηκε για τον υπολογισμό της ακτίνας προσαρμοσμένης σφαίρας από γεωμετρικές ιδιότητες. Ο παράγοντας διόρθωσης και η ακτίνα κινητικότητας DLCA και RLCA συσσωματωμάτων υπολογίστηκε με την ASM. Βρέθηκε επίσης να ισχύει ο νόμος των fractal για την ακτίνα κινητικότητας και υπολογίστηκαν η fractal διάσταση και ο παράγοντας για διαφορετικά συσσωματώματα. Επίσης, μελετήθηκε πειραματικά και υπολογιστικά η φαινόμενη πυκνότητα. Νανοσωματίδια άνθρακα σχηματίστηκαν με πηγή spark discharge και μελετήθηκε η δομή τους συνδυάζοντας μετρήσεις της αεροδυναμικής (ELPI) και της ακτίνας κινητικότητας (SMPS). Οι μετρήσεις της ακτίνας κινητικότητας με SMPS και ο υπολογισμός τις σχέσεις που προτείνονται σε αυτή την εργασία είναι σε καλή συμφωνία.Τέλος, μελετήθηκε πειραματικά και υπολογιστικά η οξειδωτική θράση συσσωματωμάτων αιθάλης. Τα fractal συσσωματώματα αιθάλης σχηματίστηκαν με CAST ενώ η συμπεριφορά τους μελετήθηκε σε υψηλές θερμοκρασίες παρουσία οξειδωτικού. Σε θερμοκρασίες T>1000K μετρήθηκαν σωματίδια μικρού μεγέθους. Το αποτέλεσμα επαληθεύτηκε από ΤΕΜ εικόνες και από αλγοριθμική μελέτη που έδειξε πως μετά τη θραύση ενός συσσωματώματος σχηματίζονται κυρίως μονομερή και η κατανομή μεγέθους έχει σχήμα ‘U’.