Введение к работе
Актуальность проблемы.
Одной из актуальних проблем физической химии является проблема взаимодействия электромагнитного излучения с дисперсными системами (атмосферными аэрозолями, различными коллоидными растворами, екосистемами и т. п.). На практике такие задачи важны, например, при создании каналов просветления в атмосфере посредством воздействия интенсивного лазерного излучения на системы атмосферных дисперсных частиц. При этом происходит разогрев частиц и, в зависимости от различных условий, испарение аэрозольных частиц или тепловой взрыв. Такая задача представляется особенно актуальной в связи с глобальным ухудшением экологической обстановки, связанным с загрязнением атмосферы различными видами аэрозолей. Изучение взаимодействия' электромагнитного излучения с дисперсной системой необходимо для решения практических задач, связанных с фотофоретическим движением частиц и др. Поскольку в дисперсных системах, встречающихся на практике, имеет место взаимодействие частиц, то возникает необходимость изучения поглощения ими электромагнитного (в частности, лазерного) излучения с учетом взаимодействия частиц. От распределения поглощенной энергии внутри частиц зависит их температура. Представляется актуальным рассмотрение распределения температур в системе взаимодействующих частиц, нагреваемых внутренними источниками тепла, инициированными как воздействием внешнего электромагнитного поля, так и поля, рассеянного на соседних частицах.
Цель работы.
-
Построение модели взаимодействия дисперсной системы с электромагнитным излучением с учетом их взаимного влияния. Поскольку в дисперсных системах наиболее вероятны парные сближения частиц, то в модели рассмотрены именно такие взаимодействия.
-
Исследование распределения поглощенной энергии внутри
частиц с учетом влияния соседних частиц и окружающей среды.
-
Проведение численного анализа влияния соседних частиц при различных условиях на распределение поглощенной энергии внутри дисперсных частиц при заданных дифракционных параметрах, размерах и расстояниях между частицами, характеризующих реальные системы.
-
Сравнение полученных результатов с аналитическими решениями и расчетами, полученными для дисперсных систем с невзаимодействующими частицами.
-
Исследование температурного поля внутри частиц, нагреваемых внутренними источниками тепла, возникающими при воздействии на систему электромагнитного излучения.
Объект исследования.
В качестве объектов исследования рассматривались мелко -и грубодисперсныэ системы, дисперсионной средой в которых служили газовая или твердая фазы.
Научная новизна работы.
В данной работе впервые на основе полученного решения волнового уравнения Гельмгольца в системе двух сферических частиц, рассмотрено распределение поглощенной энергии внутри дисперсных частиц, находящихся в поле плоской монохроматической электромагнитной волны с учетом их взаимного влияния и рассчитаны значения плотностей источников тепла. Решена тепловая задача в системе двух сфер с индуцированными электромагнитным полем источниками тепла.
Практическая ценность.
Распределение температуры внутри взаимодействующих дисперсных частиц, возникающее в результате воздействия на систему электромагнитного излучения, определяет дальнейшую эволюцию дисперсной системы, и поэтому расчет температуры необходим для специалистов, занимающихся практическими вопросами воздействия электромагнитного излучения на дисперсные системы. Полученные в работе результаты позволяют оценить влияние различных параметров (размеров частиц,
вещества частиц и среда, расстояния между частицами, характеристик падающего излучения) на распределение поглощенной энергии внутри частиц. Путем варьирования этих параметров представляется возможным изменить распределение плотности источников тепла (а, следовательно, и температуры) внутри частиц. Это создает дополнительные возможности для управления различными физико-химическими процессами, происходящими в дисперсной системе (фазовыми переходами, химическими превращениями и др.) .
Защищаемые положения.
Г. Решение задачи поглощения плоской монохроматической электромагнитной волны системой двух взаимодействующих сферических дисперсных частиц и расчет на основе полученных решений распределения плотности источников тепла внутри частиц.
-
Выражения для коэффициентов рассеяния и поглощения в явном виде, полученные для случая "больших" расстояний между центрами частиц (k<0)R »1, где к(0>- волновое число в окружающей среде, R - расстояние между центрами частиц).
-
Совместное решение тепловой и электродинамической задачи в системе двух сферических частиц.
4. Расчеты распределения поглощенной энергии и
температуры внутри сферических частиц, находящихся в поле
плоской монохроматической электромагнитной волны с у ч етом
влияния соседней частицы для реальных аэродисперсных систем.
5. Моделирование дисперсных систем и внешних условий, в
которых влияние соседней дисперсной частицы может оказаться
значительным и на "больших'' расстояниях между центрами
частиц.
Апробация.
Результаты работы докладывались на семинарах кафедры теплофизики, на Международных научных конференциях "Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах" (Тверь, 1994, 1996), на Международных конференциях
"Математика, компьютер, образование" (Москва-Пущно, 1995, 1997), на Международном аэрозольном симпозиуме ias-2 (Москва, 1995).
Структура и объеи диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации - 120 страниц машинописного текста. Список литературы содержит III наименований.
