Motion of xenon particles in a cyclone chamber.pdf Ксенон - простое вещество - инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и за-паха. Ксенон - весьма редий элемент. При нормальных условиях 1000 м3 воздухасодержат около 87 см3 ксенона. Диаметр атома ксенона d = 0,44 нм, а атомный весМ = 131 у.е. Ксенон используют для наполнения ламп накаливания, а также мощ-ных газоразрядных и импульсных источников света (высокая атомная масса газа вколбах ламп препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накалива-ния). Ксенон, как в чистом виде, так и с небольшой добавкой паров цезия, являет-ся высокоэффективным рабочим телом для электрореактивных (главным образом,ионных и плазменных) двигателей космических аппаратов. В 1999 году ксенонбыл разрешен к медицинскому применению в качестве средства для общего инга-ляционного наркоза. В наши дни ксенон проходит апробацию в лечении зависи-мых состояний. Ксенон получают как побочный продукт производства жидкогокислорода на металлургических предприятиях.Цель настоящей работы - оценить возможность получения ксенона в лабора-торных условиях методом центрифугирования.. Для того чтобы решить задачу,необходимо знать сопротивление таких частиц в рассматриваемой среде и уметьрассчитывать аэродинамику циклонной камеры при высокой скорости вращениякамеры: n ~ 6000−12000 об/мин. Вопросы сопротивления компактных наночастицрешены в работах [1, 2], а вычислительная технология, используемая для расчетааэродинамики при высоких частотных характеристиках циклонной камеры, пред-ставлена в [3]. Поэтому перейдем непосредственно к движению наночастиц (ато-мов ксенона) в циклонном аппарате.Физическая область теченияТак как течение является осесимметричным и независимых переменных длярасчета аэродинамики только две - z и r, то можно рассматривать любое осевоесечение цилиндрической камеры, а область интегрирования в этом случае будетплоской фигурой, в нашем примере прямоугольником.На рис. 1 показана область изменения независимых параметров, являющаясяпродольным сечением камеры. Здесь сплошные линии представляют непрони-цаемые границы, пунктирные - проницаемые и условную ось симметрии.rr2r1Г1Г2Г4Г3zГвх ГвыхzвыхLвх LвыхРис. 1. Продольное сечение циклонной камерыЧисленное решение задачи динамики частицНаночастица участвует в сложном движении. Во-первых, она переносится по-током газа и, во-вторых, перемещается относительно потока несущей среды поддействием сил инерции. Поэтому по теореме сложения скоростей для проекцийабсолютной скорости частицы можем записатьdz U(z(t),r(t)) u(t)dt= + ; (1)dr V(z(t),r(t)) v(t)dt= + ; (2)rd W(z(t),r(t)) w(t)dtϕ= + . (3)Здесь U, V, W - проекции скорости газа на оси цилиндрических координат; u, v, w- проекции скоростей относительного движения частиц на те же оси.При этом относительное движение частицы определяется следующими урав-нениями:z( ( ),( )) 2 ( )du a z t r t u tdt= − ƒ ; (4)( ( ) ( )) ( ( ) ( )) ( )2 ,r , 2dv a z t r t W z t r t v tdt r= + − ƒ ; (5)w( ( ),( )) 2 ( ),dw a z t r t w tdt= − ƒ (6)где az = −V⋅U

Скачать электронную версию публикации