Петров, С. В.Коржик, В. М.Бондаренко, С. Г.Строганов, Д. В.Petrov, S.Korzhyk, V.Bondarenko, S.Strohonov, D.2025-12-172025-12-172024https://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25542Петров С. В. До високопродуктивного синтезу алюмінієвих нано-часток в плазмовій струмині при атмосферному тиску / С. В. Петров, В М. Коржик, С Г. Бондаренко, Д. В. Строганов // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2024. – № 2. – C. 49-61.UK: Мета роботи. Метою даного дослідження є вивчення високопродуктивного випаровування мікронного алюмінієвого порошку в плазмовому струмені атмосферного тиску для синтезу наноалюмінія. Використовуючи спеціальну плазмову техніку, наночастинки можна отримати шляхом швидкого плавлення і випаровування початкових мікрометричних частинок та їх подальшої повторної нуклеації. Методи дослідження. Використані методи математичного та комп’ютерного моделювання дозвукових турбулентних плазмових струменів при атмосферному тиску та експериментальні дослідження двофазних процесів при термічній плазмовій обробці з використанням дугового плазмотрону. Отримані результати. На основі комп’ютерного моделювання спроектована і розроблена спеціальна реакторна система, що включає до свого складу плазмово-струменевий реактор з електродуговим плазмотроном для синтезу наночастинок алюмінію. Чисельне моделювання надає можливість визначити положення точки плавлення, випаровування і дроблення розплавленої частинки, еволюцію фракційного складу дисперсної фази, знайти швидкість і температуру частинки на ділянці від точки її плавлення до точки дроблення. Проведена експериментальна перевірка роботи реакторної системи при використанні дугових плазмотронів потужністю 30 та 150 кВт. Показано, що інтенсифікація дроблення дисперсної сировини в плазмовому струмені може бути корисною в технологіях отримання наноматеріалів. Наслідком процесу дроблення є перерозподіл фракційного складу порошку вздовж плазмового струменя і супутні зміни динаміки руху, нагрівання та випаровування частинок. Визначено, що коли температура найбільших частинок алюмінію досягає 2500 °С, загальна кількість випаруваної маси теоретично дорівнює 100 %. Основними параметрами, що впливають на поведінку частинок у плазмовому струмені, є діаметр частинок, швидкість впорскування порошку, швидкість потоку, температура і склад плазмового газу. Урахування цих параметрів дозволить вести процес на підвищеній продуктивності. Наукова новизна. Отримано математичний опис процесу дроблення полідисперсного порошку, заснований на континуальному підході, що надає змогу визначити положення точки дроблення розплавленої частинки, фракційний склад дисперсної фази, знайти швидкість і температуру частинки на ділянці від точки її плавлення до точки дроблення і випаровування. Вперше показано, що можна вести процес коли повне випаровування розплавленої краплі здійснюється за рахунок високої ентальпії плазми до закінчення перемішування з парою. Практична цінність. Спроектована і розроблена спеціальна реакторна система, що включає до свого складу плазмово-струменевий реактор з електродуговим плазмотроном для синтезу наночастинок алюмінію. Визначені параметри роботи реакторної системи, що дозволить проводити процес синтезу наночастинок алюмінію з високою продуктивністю. EN: Purpose. To study the highly productive evaporation of aluminum micron powder in an atmospheric pressure plasma jet for the synthesis of nanoaluminum. Using special plasma technology, nanoparticles can be produced by rapid melting and evaporation of the initial micrometer particles and their subsequent re-nucleation. Research methods. Methods of mathematical and computer modeling of subsonic plasma turbulent jets at atmospheric pressure and experimental studies of two-phase processes during thermal plasma treatment using an arc plasma torch. Results. Based on computer modeling, a special reactor system was designed and developed, which includes a plasma-jet reactor with an electric arc plasma torch for the synthesis of aluminum nanoparticles. Numerical modeling makes it possible to determine the position of the melting point, evaporation and crushing of a molten particle, the evolution of the fractional composition of the dispersed phase, and find the speed and temperature of the particle in the area from its melting point to the crushing point. An experimental test of the operation of the reactor system was carried out using arc plasma torches with a power of 30 and 150 kW. It has been shown that intensifying the fragmentation of dispersed raw materials in a plasma jet can be useful in technologies for producing nanomaterials. The consequence of the fragmentation process is the redistribution of the fractional composition of the powder along the plasma jet and the accompanying changes in the dynamics of movement, heating and evaporation of particles. It has been determined that when the temperature of the largest aluminum particles reaches 2500 C, the total amount of evaporated mass is theoretically equal to 100 %. The main parameters influencing the behavior of particles in a plasma jet are particle diameter, powder injection rate, flow rate, temperature and composition of the plasma gas. Taking these parameters into account will allow the process to operate at increased productivity. Scientific novelty. A mathematical description of the process of fragmentation a polydisperse powder, based on a continuum approach, has been obtained, which makes it possible to determine the position of the crushing point of a molten particle, the fractional composition of the dispersed phase, and find the speed and temperature of the particle in the area from its melting point to the point of crushing and evaporation. It was shown for the first time that it is possible to carry out a process in which complete evaporation of a molten drop is achieved due to the high enthalpy of the plasma before the end of mixing with steam. Practical value. A special reactor system has been designed and developed, which includes a plasma-jet reactor with an electric arc plasmatron for the synthesis of aluminum nanoparticles. The operating parameters of the reactor system have been determined, which will allow the synthesis of aluminum nanoparticles to be carried out with high productivity.ukнанопорошкинаночастинки алюмініюплазмаплазмовий реакторплазмовий струміньматематичне моделюванняnanopowdersaluminum nanoparticlesplasmaplasma reactorplasma jetmathematical modelingArticle