Транспорт в XXI веке: состояние и перспективы
жүктеу/скачать 8,29 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Хизирова М.А.
Алдекеева Д.Т. – доцент, к.т.н., Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан)
Создание научных основ и внедрение новых технологий в производство,в значительной мере, связано с исследованиями сложных процессов переноса, протекающих при термообработке капиллярно пористых полифазных материалов. Разработка научно обоснованных энергосберегающих режимов обжига керамических материалов строительного назначения тесно связана с изучением и оптимизацией тепло-массообменных и термомеханических процессов, осложненных физико-химическими превращениями различной природы. На структурообразование керамических изделий оказывает влияние, с одной стороны, физико-химические превращения, сопровождающиеся тепловыми эффектами, интенсивными массообменными и термомеханическими процессами. С другой стороны, это зависит от исходного состава материала и температуры, от исходной микроструктуры и кинетических факторов. Согласно теории Онзагера, эти взаимосвязанные, взаимовлияющие явления молекулярного переноса тепла, массы, термических напряжений описываются феноменологическими уравнениями термодинамики необратимых процессов /1-3/. Существуют различные физико-химические методы исследования глиняных материалов /4-5/.В настоящей работе приведены результаты исследования глины полиминерального состава специальным методом записи массопотери при обжиге модельных образцов, отформованных различными способами (полусухим, пластичным) и имеющих плотную структуру, подобную структуре изделий, используемых в производстве. В данной работе исследованы модельные образцы цилиндрической формы (диаметр 50 мм, высота 105 мм), приготовленные пластическим методом формования. Образцы высушивали в течение 48 часов при комнатной температуре, затем -в сушильном шкафу при 120 0 С в течение двух часов. Средняя плотность образцов 1800 кг/м 3 . Техника эксперимента по изучению массообменных процессов при фазовых и химических превращениях заключалась в следующем. Исследуемый образец подвешивается с помощью термостойкой проволочной корзины к электронным весам и опускается в рабочую камеру печи. Печь снабжена автоматическими регуляторами подъема температуры, состоящими из электронных потенциометров и устройствами, обеспечивающими заданные тепловые режимы. С начала нагрева печи через определенные промежутки времени записывались изменения массы, на основе которых были рассчитаны относительная массопотеря (интегральная кривая) и скорость массопотери (дифференциальная кривая) исследуемого образца. На рисунке 1 приведена кинетика массообменных процессов исследуемого образца-сырца относительно температуры. Из дифференциальной кривой кинетики обжига образца (кривая 2) видно, что для исследуемого образца характерны два массообменных эффекта в пределах температур 120-450 0 С; 550-850 0 С (относительно средней температуры тела). МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
389
Первый эффект объясняется удалением остаточной физически связанной и межплоскостной воды из монтмориллонитовой составляющей глинистых минералов, диссоциацией карбоната магния. Второй эффект характеризуется процессами отщепления и удаления из образца химически связанной воды, а также разложением карбонатов, превращениями, определяющими структурообразование керамического образца. Во втором интервале температур происходит интенсивное выделение газообразных продуктов, сопровождающееся термическими и диссипативными эффектами. В результате этих процессов материал испытывает деформированно-напряженное состояние, вследствие чего ограничивают допустимую скорость нагрева.
Рисунок 1. Кривые кинетики обжига образца – сырца из каолинитовой глины полиминерального состава
1-относительная массопотеря; 2- скорость массопотери; 3-температура среды печи.
Полученные данные по изучению массообменных процессов при фазовых и химических превращениях подтвердились данными при исследовании дифференциальных кривых нагрева в тех же тепловых режимах /6/. Экспериментальные данные, полученные по такой методике при изучении нестационарных полей температуры и массосодержания связанного вещества в полифазных керамических материалах, позволяют получить возможность для дальнейшего аналитического и численного исследования подобных процессов переноса ???????????? ???????????? , 10 −3
; %
∆?????? ?????? ??????
, % МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
390
при физико-химических превращениях, протекающих в реальных изделиях в промышленных условиях.
Литература 1.
Лыков А.В.,Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. - М.-Л.: Гоэнергоиздат,1963.-533 с. 2.
3.
Сайбулатов С.Ж.,Сулейменов С.Т., Ралко А.В. Золокерамические стеновые материалы. - Алма-Ата: Наука, 1983.-292 с. 4.
Крупа А.А., Городов В.С., Химическая технология керамических материалов: - Киев: Выща школа, 1990 -399 с. 5.
строительных материалов. - Киев, 1984. – 76 с. 6.
Кулбеков М.К., Алдекеева Д.Т. Тепловые эффекты при обжиге и температурные характеристики глиняных материалов полиминерального состава //Стекло и керамика . – 1996. Т.1 - №2. С.39-41
Хизирова М.А. – Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан) НЕКОТОРЫЕ ФОКУСИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА СЛАБООВАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ
Построение теории фокусировки любой электронно-оптической системы (ЭОС) всегда опирается на упрощающие расчеты предположения о том, что образующие ЭОС электрические и магнитные поля обладают симметрией вращения. Вместе с тем, исследование ЭОС не обладающих вращательной симметрией представляет несомненный интерес, например, в устранении приосевого астигматизма в этих системах [1,с. 251]. В данной работе исследуются фокусирующие свойства слабоовальной электростатической линзы, для которой соответствующее дифференциальное уравнение не имеет особенностей во всей области движения заряженных частиц. Таким образом, будем считать, что условия параксиальности, т.е. малость удаления заряженных частиц от главной оптической оси ) 1 , ( y x , малость наклонов траекторий к этой оси ) 1
( y x , а также малость полной энергии по сравнению с кинетической энергии
частиц будут выполняться [2,3,4]. Уравнение траектории заряженных частиц в электростатических линзах может быть получено с использованием вариационной проблемы
0 1 2 2 dz y x . (1) Здесь и в дальнейшем штрихи обозначают дифференцирование по независимой переменной
. Поскольку электростатическая линза с вращательной симметрией всегда ортогональна, предположим, что имеет место малое нарушение этой симметрии, которое
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
391
обусловлено наличием слабого квадрупольного электрического поля. Эллиптичность
z
такой слабоовальной электронной линзы может быть описана соотношением:
b a b a
(2)
где a и
b – длины полуосей эллипса на плоскости z = const, которые выражаются через функции
и э Q следующим образом:
Q Ф Ф a 2 2 , (3)
э Q Ф Ф b 2 2 , (4) тогда
z Ф z Q z э . (5) Если квадрупольное поле двумерно, то величина
является функцией координаты z . При трехмерности квадрупольного поля, величина может быть рассмотрена как малый численный параметр, в этом случае функция ( )
Q z должна меняться с координатой
строго пропорционально второй производной осевого распределения потенциала ( )
z . Трехмерное квадрупольное поле как система четырех сферических электродов с чередующимисяпотенциалами 0 0 , U U
имеетвид :
5 2
2 2 2 2 2 0 , , 3
x y z c dU c z x y ,
(6) где 0 постоянная, с – расстояние от центра системы до сферических электродов радиуса
d d c . Рассмотрим два квадруполя, равноудаленные от начала координат на расстоянии и повернутые относительно друг друга на угол 2 . Поле такого дуплета может быть представлено в виде:
5 2 2 2 2 2 2 0 5 2 2 2 3 , , 2 кв c z c dU x y z x y c z . (7)
При выполнении условий , z c c формула принимает вид:
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
392
) ( 2 2 0
x C z kv ,
(8)
где
5 15
U d C z c
(9) Вблизи начала координат функция z C аппроксимируется линейной функцией координаты
, проходящей через начало координат. Именно так ведет себя функция ( )
в окрестности точки 0
. Функция z C является величиной пропорциональной второй производной осевого распределения поля с симметрией вращения и при произвольных значениях z и
. Для удобства введем величину ) (z , связанную с эллиптичностью поля выражением
2 z z , (10) С учетом формул (2) – (6) слабоовальная электронная линза в параксиальном приближении может быть описана электростатическим потенциалом следующего вида:
... ) ( 4 ) ( 4 1 ) ( ) , , ( 2 2 2 2 y x y x z Ф z Ф z y x (11)
Вариационная функция ) 2
L с учетом формул (1) – (7) может быть представлена в виде ряда
2 2 2 2 2 2 ) 2 ( 4
) ( ) ( 8 1 2 ) ( y x y x z Ф z Ф y x z Ф L , (12)
Траектория заряженной частицы в слабоовальной линзе вблизи 0 описываетсядифференциальными уравнениями следующего вида:
. 2 2 1 2 , 2 2 1 2 y z Ô y z Ô y z Ô y z Ô x z Ô x z Ô x z Ô x z Ô (13) При этом первое из уравнений (13) становится зависимым только от x , а второе- только от
. В этом случае из-за различных оптических сил в разных плоскостях симметрии ) (xz и ) ( yz , мы имеем дело с астигматическим пучком. Пусть линейно независимыечастные решения
), ( уравнений (13) без правой части удовлетворяют следующим условиям
1 ) ( h
, 0
( , 0 ) (
, 1 ) ( 0 0 D D z z h z g z g
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
393
Тогда решения соответствующих однородных дифференциальных уравнений могут быть представлены в виде:
,
0 0
y g y Y h x g x X D D
(14) Где
D D y x y x ,
и
, 0 0 - постоянные, характеризующие начальные положения предмета и координаты траектории в плоскости диафрагмы. Причем функции ) ( ), ( z h z g
в рассматриваемом случае являются аналитическими функциями. Тогда для траекторий заряженных частиц, обусловленных малыми величинами и будем иметь следующие выражения:
. , 0 0
y g y Y h x g x X D D
(15) Величины ) (z и
) (z , характеризующие возмущение траектории, удовлетворяет следующим дифференциальным уравнениям:
. ) 2 2 1 2 , ) 2 2 1 2 0 0 h y g y Ф Ф Ф Ф h x g x Ф Ф Ф Ф D D
(16) Положим, что
. ) , ) 0 0 2 0 0 1
x h y g y Ф Ф f h x g y g x Ф Ф f D D
(17)
Тогда решения (16), полученные методом вариации произвольных постоянных, можно представить в виде:
z z z D D dz hf z g dz gf z h Ф h 1 1 0 0 ) ( ) ( 1 , (18)
z z z z D D dz hf z g dz gf z h Ф h 2 2 0 0 ) ( ) ( 1 . (19)
В выражениях (18) и (19) учтены условия
0 0 0
D z z z z . (20)
0 0 ) ( Ф h h g h g Ф . (21)
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
394
С учетом вышеизложенных формул возмущения траекторий могут быть представлены следующим образом:
, , 0 0 D D y b y a x b x a
(22) Где
) ( ), ( z b z a обозначают следующие функции от z :
z z z z D D dz Ф gh Ф z g dz Ф g Ф z h Ф h a ) ( ) ( 1 1 2 0 0 , (23) z z z z D D dz Ф h Ф z g dz Ф gh Ф z h Ф h b 2 0 2 0 0 0 ) ( ) ( 1 .(24)
Приосевые траектории заряженных частиц могут быть записаны в следующей форме:
. , 0 0
D y b b y a g y x b b x a g x
(25) Таким образом, суперпозиция поля с вращательной симметрией и трехмерных квадрупольных полей образует слабоовальную электронную линзу при условии малости величины . Отметим два крайних случая, первый, когда величина равна нулю, мы имеем дело с электрическим полем с вращательной симметрией, а второй случай, 1 4
соответствует цилиндрическому полю. Оригинальность конструкции (рисунок 1) предлагаемой слабоовальной линзы заключается в том, что она позволяет осуществлять как механическую, так и электронную юстировку. Такая линза может быть применена для устранения приосевого астигматизма в электронно-оптических системах. С другой стороны, указанную слабоовальную линзу механическим или электронным способом можно превратить в квазиортогональную электростатическую линзу, характеризуемую малой величиной :
2 2 2 2 1 , , 2 ...
4 x y z z z x y x y xy
(26)
Как видно из последнего выражения при исчезновении овальности поля исчезает также квазиортогональность линзы.Можно показать, что решив уравнение траектории с потенциалом вида (26), определив аберрации третьего порядка, при определенных условиях можно
уменьшить сферическую аберрацию квазиортогональной электростатической линзы [5].
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
395
Рисунок 1. Слабоовальная линза как комбинация иммерсионной и слабой квадрупольной линз
Литература 1.
А.М. Страшкевич Электронная оптика электростатических полей не обладающих осевой симметрией физматизд 1959 -251 2.
электронно - оптические системы с прямой оптической осью. //Известия.Серия физико – математическая– 2000. - №2. -С. 86-92. 3.
электростатическая линза. //Материалы 2-ой международной конф: «Ядерная и радиационная физика». –Алматы. – 1999. -Т.1. -С. 236-240. 4.
инновационного патента РК на изобретение. -Рег. №2009/0520.1. -Заключение о выдаче инновационного патента на изобретение. - 09.03. 2010. А.С. № 65009. 5.
Т.Д. и Хизирова М.А. Аберрации квазиортогональной электростатической линзы. //Вестник КазНУ. Сер.физ.-1999. -№6 – с.181.
жүктеу/скачать 8,29 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|