این مقاله را همراه با ترجمه کامل فارسی در اختیار شما دانشجوی عزیز قرار داده ام . ترجمه شده توسط دانشجوی دکتزی مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت
فرایند اکسید شدن به چندین مرحله بر اساس تغییر فاز و واکنش های شیمیایی تقسیم می شود. زمان مشخصه فرایندهای مختلف مقایسه می شود تا فیزیوشیمی در هر مرحله مشخص شود. در اولین مرحله ذره تا دمای ذوب شدن هسته آلمومینیم حرارت می بیند. فرایندهای کلیدی، تبادل جرم و گرما بین گاز و سطح ذرات و نفوذ جرم و انرژی به درون ذره می باشد. مرحله دوم با ذوب شدن هسته آلومینیمی شروع می شود. ذوب شدن باعث می شود تا فشار به وجود بیاید که به وسیله آن نفوذ جرم یا شکاف لایه اکسیدی آسان می شود.
ذوب شدن با تغییر فاز پلیمرفیک ( تغییر آرایش چینش کریستال ملوکولی) همراه خواهد بود که باعث به وجود آمدن شکافهایی در لایه اکسیدی خواهد شد.این موضوع مسیری را برای آلومینیوم مذاب فراهم می کند تا با گاز اکسیدکننده واکنش دهد. انرژی حاصله از آن باعث اشتعال ذرات نانویی آلومینیم می شود. برای ذرات میکرونی بزرگ به خاطرظرفیت گرمایی ویژه بالاتر این انرژی باعث اشتعال نمی شود. در مرحله سوم ذرات نانویی تحت واکنش شدید خودپایدار قرار می گیرند. واکنش به طور غیرهمگن در ذرات اتفاق می افتد و نرخ سوختن با سینتیک شیمیایی کنترل می شود. برای ذرات میکرونی بزرگ تغییر فاز پلیمورفیک باعث ایجاد لایه اکسیدی بلورین می شود.
سپس لایه اکسیدی ذوب می شود و اشتعال ذرات بدست می آید. در مرحله چهارم ذرات میکرونی بزرگ در خلال فاز گازی یا با واکنش سطحی بسته به نوع گاز اکسیدکننده و حد فشار موجود می سوزند.. نرخ سوختن در این مرحله با نفوذ جرم در مخلوط فاز گازی کنترل می شود.
A general theory of ignition and combustion of nano- and micron-sized aluminum particles is developed. The oxidation process is divided into several stages based on phase transformations and chemical reac- tions. Characteristic time scales of different processes are compared to identify physicochemical phenom- ena in each stage. In the first stage, the particle is heated to the melting temperature of the aluminum core. Key processes are heat and mass transfer between the gas and particle surface and diffusion of mass and energy inside the particle. The second stage begins upon melting of the aluminum core. Melting re- sults in pressure buildup, thereby facilitating mass diffusion and/or cracking of the oxide layer. Melting is followed by polymorphic phase transformations, which also results in the formation of openings in the oxide layer. These provide pathways for the molten aluminum to react with the oxidizing gas; the ensuing energy release results in ignition of nano-aluminum particles. For large micron-sized particles, ignition is not achieved due to their greater volumetric heat capacity. In the third stage, nanoparticles un- dergo vigorous self-sustaining reactions with the oxidizing gas. Reactions typically occur heterogeneously in the particle and the burning rate is controlled by chemical kinetics. For large micron-sized particles, polymorphic phase transformations result in the formation of a crystalline oxide layer. The oxide layer melts and particle ignition is achieved. In the fourth stage, the large micron-sized particle burns through gas-phase or surface reactions, depending on the oxidizer and pressure. The burning rate is controlled by mass diffusion through the gas-phase mixture.
تئوری کلی احتراق ذرات نانویی و میکرونی آلومینیوم
