Том 38, номер 06, статья № 5

Аннотация:

Термофорез аэрозолей традиционно исследовался как теоретически, так и экспериментально для сферических или в более общем случае компактных изометрических частиц. Представлены результаты сопоставления разработанной авторами теории термофоретического движения фракталоподобных частиц с экспериментальными данными для углеродных агрегатов, полученных в газовой фазе по DLCA-сценарию образования. Показано, что теоретические предсказания для термофоретической скорости качественно и количественно хорошо согласуются с экспериментом. Обсуждаются возможные ограничения предлагаемой теории и принципиальные вопросы, связанные с оценкой структурных и теплофизических параметров фракталоподобных агрегатов. Результаты работы могут быть полезны для специалистов в области физики атмосферных аэрозолей при моделировании процессов движения углеродосодержащих частиц с фрактальными свойствами.

Ключевые слова:

термофорез, термофоретическая скорость, фракталоподобные агрегаты, DLCA-сценарий, эффективная теплопроводность

Список литературы:

1. Beresnev S., Chernyak V. Thermophoresis of a spherical particle in a rarefied gas: Numerical analysis based on the model kinetic equations // Phys. Fluids. 1995. V. 7, N 7. P. 1743–1756. DOI: 10.1063/1.868489.
2. Takata S., Sone Y. Flow induced around a sphere with a non-uniform surface temperature in a rarefied gas, with application to the drag and thermal force problems of a spherical particle with an arbitrary thermal conductivity // Eur. J. Mech. B/Fluids. 1995. V. 14, N 4. P. 487–518.
3. Kalempa D., Sharipov F. Thermophoretic force on a sphere of arbitrary thermal conductivity in a rarefied gas // Vacuum. 2022. V. 201. Р. 111062. DOI: 10.1016/j.vacuum.2022.111062.
4. Joung J.B. Thermophoresis of a spherical particle: Reassessment, clarification, and new analysis // Aerosol Sci. Technol. 2011. V. 45, N 8. P. 927–948. DOI: 10.1080/02786826.2011.569777.
5. Sagot B. Thermophoresis for spherical particles // J. Aerosol Sci. 2013. V. 65. P. 10–20. DOI: DOI: 10.1016/j.jaerosci.2013.06.007.
6. Zheng F., Davis E.J. Thermophoretic force measurements of aggregates of micro-spheres // J. Aerosol Sci. 2001. V. 32. P. 1421–1435. DOI: 10.1016/s0021-8502(01)00064-7.
7. Zheng F. Thermophoresis of spherical and non-spherical particles: A review of theories and experiments // Adv. Coll. Inter. Sci. 2002. V. 97. P. 255–278. DOI: 10.1016/s0001-8686(01)00067-7.
8. Meakin P. A historical introduction to computer models for fractal aggregates // J. Sol.-Gel. Sci. Technol. 1999. V. 15. P. 97–117.
9. Береснев С.А., Васильева М.С., Кочнева Л.Б. О движении фракталоподобных агрегатов: скорость оседания частиц и термофорез // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 6. С. 437–442. DOI: 10.15372/AOO20190603; Beresnev S.A., Vasil’jeva M.S., Kochneva L.B. Motion of fractal-like aggregates: Particle settling velocity and thermophoresis // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 5. P. 528–533.
10. Messerer A., Niessner R., Pöschl U. Thermophoretic deposition of soot aerosol particles under experimental conditions relevant for modern diesel engine exhaust gas systems // J. Aerosol Sci. 2003. V. 34. P. 1009–1021. DOI: 10.1016/S0021-8502(03)00081-8.
11. Brugiére E., Gensdarmes F., Ouf F.-X., Yon J., Coppalle A., Boulaud D. Design and performance of a new device for the study of thermophoresis: The radial flow thermophoretic analyser // J. Aerosol Sci. 2013. V. 61. P. 1–12. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2013.03.001.
12. Brugiére E., Gensdarmes F., Ouf F-.X., Yon J., Coppalle A. Increase in thermophoretic velocity of carbon aggregates as a function of particle size // J. Aerosol Sci. 2014. V. 76. P. 87–97. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2014.06.007.
13. Yahia L.A.A., Gehin E., Sagot B. Experimental validation of the TRAP (TheRmophoretic Annular Precipitator) in laminar configuration // J. Aerosol Sci. 2017. V. 109. P. 38–54. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2017.05.004.
14. Yahia L.A.A., Gehin E., Sagot B. Application of the TheRmophoretic Annular Precipitator (TRAP) for the study of soot aggregates morphological influence on their thermophoretic behavior // J. Aerosol Sci. 2017. V. 113. P. 40–51. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2017.07.018.
15. Sorensen C.M., Roberts G.C. The prefactor of fractal aggregates // J. Coll. Inter. Sci. 1997. V. 186. P. 447–452. DOI: 10.1006/jcis.1996.4664.
16. Sipkens T.A., Boies A., Corbin J.C., Chakrabarty R.K., Olfert J., Rogak S.N. Overview of methods to characterize the mass, size, and morphology of soot // J. Aerosol Sci. 2023. V. 173. P. 106211. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2023.106211.
17. Sorensen C.M. The mobility of fractal aggregates: A review // Aerosol Sci. Technol. 2011. V. 45. P. 765–779. DOI: 10.1080/02786826.2011.560909.
18. Evans W., Prasher R., Fish J., Meakin P., Phelan P., Keblinski P. Effect of aggregation and interfacial thermal resistance on thermal conductivity of nanocomposites and colloidal nanofluids // Int. J. Heat Mass Transfer. 2008. V. 51. P. 1431–1438. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.
19. Береснев С.А., Васильева М.С., Грязин В.И., Кочнева Л.Б. Фотофорез фракталоподобных агрегатов сажи: микрофизическая модель, сравнение с экспериментом и возможные атмосферные проявления // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 6. С. 457–462. DOI: 10.15372/AOO20170602; Beresnev S.A., Vasil’eva M.S., Gryazin V.I., Kochneva L.B. Photophoresis of fractal-like soot aggregates: Microphysical model, comparison with experiment, and possible atmospheric manifestations // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 6. P. 527–532.
20. Hinds W.C. Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles. N.-Y.: Wiley-Interscience, 1999. P. 174.
21. Kantorovich I.I., Bar-Ziv E. The effect of microstructural transformation on the evolution of thermal conductivity of highly porous chars during oxidation // Combust. Flame. 1997. V. 109. P. 521–535.
22. Kantorovich I.I., Bar-Ziv E. Heat transfer within highly porous chars: A review // Fuel. 1999. V. 78. P. 279–299. DOI: 10.1016/s0016-2361(97)00258-5.
23. Mackowski D.W. Monte Carlo simulation of hydrodynamic drag and thermophoresis of fractal aggregates of spheres in the free-molecule flow regime // J. Aerosol Sci. 2006. V. 37. P. 242–259. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2004.11.011.