DISPERSION OF POWDERS IN WATER MEDIUM
Authors: Кудряшова О.Б. , Морозова О.Н. , Титова Н.В. , Муравлев Е.В. 
Published: September 2024

С развитием альтернативных источников энергии актуальной является задача разработки и совершенствования источников водорода для топливных элементов. В такой задаче перспективной представляется реализация реакции нанодисперсного алюминия с водой, протекающей с большим выделением водорода за короткое время. Взаимодействие алюминия высокой дисперсности с водой необходимо контролировать, чтобы не допустить резкого нарастания давления и температуры. Для этого предлагается использовать дозированную подачу порошка в воду с использованием импульсного распылителя на основе энергии ВЭМ. Преимуществом импульсной подачи порошка является дробление агломератов частиц и нарушение оксидной оболочки, что также является важной технологической задачей. Чтобы реакция проходила в оптимальном режиме, необходимо исследовать процесс распространения частиц в объеме воды при импульсном впрыске. Для оценки времени распределения частиц по реакционному объему предложена математическая модель распыления высокодисперсного порошка в жидкость с помощью импульсного (взрывного) распылителя. Учтены особенности такого способа диспергирования, в том числе, быстрое расширение продуктов реакции ВЭМ, разрушение газового пузыря с частицами, диффузионное распространение частиц по объему. Проведено параметрическое исследование модели. Приведены результаты экспериментов по исследованию импульсного диспергирования нанодисперсного модельного порошка (оксида алюминия) в воду. Полученные расчетные зависимости и порядок величин исследуемых параметров соответствует наблюдаемым в эксперименте. Найденные закономерности распространения частиц в жидкой среде при импульсном впрыске в дальнейшем могут быть использованы для расчета технических параметров систем генерации водорода в реакции нанодисперсного алюминия с водой.

With the development of alternative energy sources, the task of developing and improving hydrogen sources for fuel cells is urgent. In such a problem, it seems promising to implement the reaction of nanodispersed aluminum with water, which occurs with a large release of hydrogen in a short time. The interaction of highly dispersed aluminum with water must be controlled to prevent a sharp increase in pressure and temperature. To do this, we propose to use a dosed supply of powder into water using a pulsed sprayer based on HEM energy. The advantage of pulsed powder supply is the crushing of particle agglomerates and disruption of the oxide shell, which is also an important technological task. In order for the reaction to proceed in an optimal mode, it is necessary to study the process of particle propagation in the volume of water during pulsed injection. To estimate the time of particle distribution over the reaction volume, we propose a mathematical model of spraying a highly dispersed powder into a liquid using a pulsed (explosive) sprayer. We took into account the features of this dispersion method, including the rapid expansion of the HEM reaction products, the destruction of a gas bubble with particles, and the diffusion distribution of particles throughout the volume. A parametric study of the model was carried out. The results of experiments on the study of pulsed dispersion of nanodispersed model powder (aluminum oxide) into water are presented. The obtained calculated dependences and the order of magnitude of the studied parameters correspond to those observed in the experiment. The found patterns of particle distribution in a liquid medium during pulsed injection can be used in the future to calculate the technical parameters of hydrogen generation systems in the reaction of nanodispersed aluminum with water.