Эффективность получения кремния из кварца в газоплазменном аргоновом потоке…
5
сила тяжести (в направлении движения струи)
F
т
и сила присоеди-
ненных масс
F
м
:
ч
3
м
ч ч
d d
ρ
.
12
d d
d
t
t
π
⎛
⎞
=
−
⎜
⎟
⎝
⎠
U U
F
При анализе теплообмена термической неоднородностью на
масштабах размера частиц пренебрегали. Изменение температуры
T
ч
одиночной частицы определялось межфазным теплообменом, обу-
словленным конвекцией
q
к
, излучением
q
изл
,
и при температуре, пре-
вышающей температуру насыщения, — процессом сброса теплоты
q
исп
вследствие испарения:
ч ч
к изл исп ч
d(
) (
) ,
d
pm
m T
с
q q q S
t
= − −
где
с
pm
—
теплоемкость
кварца;
S
ч
— площадь поверхности частицы.
Коэффициент теплоотдачи, определяющий величину
q
к
,
(
)
0,5 1/3
ч ч
ч
λ α
2 0, 6Re Pr .
d
= +
Здесь λ — теплопроводность газоплазменного потока;
ч
Re
=
ч ч
ρ μ
|
|
d
= −
U U
— число Рейнольдса для частицы; Pr
ч
— число
Прандтля газа при температуре частицы.
Для расчета потока излучения
q
изл
с поверхности частицы ис-
пользована модель серого тела при степени черноты ε
ч
= 0,8.
Тепловой поток вследствие испарения:
исп
,
q j
= Ω
где
Ω
≈ 10 МДж/кг — теплота сублимации частицы;
j
— поток моле-
кул с поверхности испаряющихся частиц, определяемый законом
Герца — Кнудсена.
Установлено, что в канале электродного узла плазмотрона исход-
но-твердые частицы кварца нагреваются до уровня температур испа-
рения порядка 2 500 K и выше. В этой зоне могут быть полностью
испарены частицы кварца
с начальной дисперсностью менее 1 мкм.
После выхода из сопла плазмотрона траектории основной массы ча-
стиц проходят через осевую высокотемпературную область стаби-
лизирующегося потока плазмы в ГХР. Именно на этом этапе в ос-
новном и осуществляется процесс их испарения, который практиче-
ски заканчивается при охлаждении потока до температур порядка
5 000…6 000 K. При этом полностью испаряются частицы с началь-
ным размером не более 10 мкм. Таким образом, на маломощной
