The thermophoretic transport and deposition of chemically nonreacting particles have been investigated in thermally developing tube flow with thermal radiation. A particle trajectory model has been adopted to predict the particle transport. The P-1 approximation has been used to evaluate the radiative heat transfer. Numerical solutions to the governing equations have been acquired to capture the qualitative essentials of radiation and thermophoresis interaction. Radiation and thermophoresis interactions are described in detail.
In the first, cases for thermophoretic transport and deposition of absorbing, emitting and isotropically scattering particles are considered in thermally developing laminar tube flow with high particle mass fraction. The radiative scattering due to suspended particles is assumed to be isotropic, because the effect of anisotropic scattering is not critical besides large values of scattering albedo. High particle mass fraction is always accompained by the change of gas flow field, the increase in thermal loading ratio and radiative absorption coefficient. Thus, the momentum equations for the two phases are treated as two-way coupling, and PSI-Cell model is applied to evaluate the apparent density of dispersed particles. The interactions between particle mass fraction and thermal radiation are investigated on the thermophoresis without Brownian coagulation.
In the second, thermophoresis is strongly dependent upon the temperature profile, and thus the effect of radiation and mixed convection on the thermophoresis may be significant in high temperature particulate systems such as Modified Chemical Vapor Deposition process. Thermophoretic transport and deposition are investigated in a vertical tube with variable wall temperature and thermal radiation. The interest in this model problem is derived from its relation to the thermophoretic deposition in the fabrication of optical fiber preforms. Various results are presented to illustrate the effects of the parameters of the problem on the thermophoretic transport characteristics (thermophoretic velocity and particle trajectory) and deposition. Specially, detailed descriptions will be made of thermal radiation without scattering and mixed convection effect on thermophoresis with upward and downward flow condition.
고체 입자가 부유된 고온 기체 관유동에서 열복사를 고려한 입자의 이동 및 부착현상이 고찰되었다. 기체상의 지배방정식은 Eulerian 관점, 입자상의 운동량 보존식은 Lagrangian 관점에서 접근하였으며, 열복사에 의한 열전달 특성은 구조화 근사법을 기초로한 P-1 근사해법에 의하여 평가되었다.
전반부에서는 주로, 입자에 의한 광산란, 열복사 및 입자의 질량분율 또한 열복사와 입자 질량분율과의 상관관계 등이 열영동(thermophoresis) 에 의한 입자의 이동 및 부착효율에 미치는 영향에 대한 수치실험을 통하여 광범위한 예측이 수행되었다. 입자에 의한 산란은 등방성 산란으로 가정되었으며, 기체와 입자간의 상호작용력 및 열부하비(thermal loading ratio)는 입자의 질량분율이 큰 경우에느 무시될 수 없으며 이는 PSI-Cell(Particle Source In Cell) 모델에 의거하여 평가되었다.
열복사와 혼합대류가 열영동에 미치는 영향은 개량화학 증착법 (Modified Chemical Vapor Deposition, MCVD)과 같은 고온 기체-입자 유동에서는 매우 중요하다. 따라서 후반부에서는 광섬유 모재 (optical fiber preforms)의 제작과 관련된 관벽의 온도분포를 도입하였고, 열복사와 혼합대류가 열영동에 의한 입자의 이동특성(열영동속도, 입자궤적) 및 부착현상에 영향을 미치는 정도가 파악되었다. 특히 열복사와 상향유동과 하향유동에 의한 혼합대류가 입자의 부착율과 부착영역의 분포정도에 미치는 영향에 대하여 자세히 관찰되었다.
