By this author

Dependence of liquid metals radiation on normalized entropy in the fifth period

Issue number 5 from 01.05.2025

В работе предложен универсальный подход к описанию теплового излучения расплавленных d-металлов пятого периода Периодической системы (иттрий, цирконий, ниобий, молибден, родий, палладий) на основе метода размерностного анализа с использованием π-теоремы Бекингема. Ключевым результатом исследования является сведение сложного математического описания плотности потока теплового излучения к единственной безразмерной переменной – отношению молярной энтропии к универсальной газовой постоянной (S/R). Принципиально это позволяет значительно упростить анализ излучательных характеристик металлов в жидкой фазе. Более того, предложенная методика демонстрирует высокую универсальность и воспроизводимость для всей исследованной группы элементов. Методология включает нормировку теплового потока при фиксированном значении S/R = 14, соответствующем характерному уровню энтропийного беспорядка расплавов исследуемых металлов. Для учета температурной зависимости плотности металлического расплава введен приведенный поток излучения, который компенсирует изменение плотности с ростом температуры. Установлено, что логарифм отношения приведенного потока излучения к индивидуальному масштабному потоку (определенному для каждого металла при S/R = 14) подчиняется экспоненциальной зависимости. Полученная универсальная корреляция демонстрирует высокую степень согласованности (R² ≥ 0,98) для всей группы рассмотренных элементов периода, что подтверждает ее статистическую значимость. Значения теплового излучения, рассчитанные по предложенной зависимости, хорошо согласуются с экспериментальными данными и результатами аппроксимации, показывая средние отклонения около 4,3%. Интересно, что нормированный масштабный поток изменяется периодически с увеличением атомного номера, причем наблюдаемая периодичность коррелирует с поведением поверхностного натяжения при температуре плавления. Это указывает на общую структурно-энергетическую природу факторов, определяющих как излучательные, так и поверхностные свойства расплавов. Разработанный подход обеспечивает надежное прогнозирование излучательной способности жидких d-металлов в условиях отсутствия экспериментальных данных и открывает новые возможности для моделирования сложных многокомпонентных металлических систем. Полученные результаты имеют важное значение для прикладных задач в металлургии, материаловедении и теплофизике, включая разработку новых сплавов и оптимизацию высокотемпературных технологических процессов.

17 0