Диссертация (1149168)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиМартюкова Дарья СергеевнаКинетика перехода к стационарному росту или испарениюмикрокапли в смесях паровСпециальность 01.04.02 – теоретическая физикаДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорА.К.
ЩекинСанкт-Петербург20152СодержаниеВведение .........................................................................................................................................4Глава 1. Изменение размера и состава идеальной бинарной капли в изотермическихусловиях........................................................................................................................................15§ 1.1. Уравнения для определения размера и состава бинарной капли как функциивремени .....................................................................................................................................15§ 1.2. Условия на немонотонный рост бинарной капли ......................................................18§ 1.3.
Стационарные решения для концентрации и скорости роста идеальной бинарнойкапли в случае конденсации паров серной кислоты и воды. Различные режимы ростаили испарения капли в зависимости от пересыщения пара. ...............................................24Глава 2. Тепловые эффекты конденсации в квазистационарных условиях .......................... 37§ 2.1.
Постановка задачи о росте или испарении бинарной капли с учетом тепловыхэффектов конденсации ............................................................................................................37§ 2.2. Вывод уравнений на состав, температуру и размер бинарной капли в свободномолекулярном или диффузионном режиме обмена веществом и теплом с парогазовойсредой. Стационарные значения температуры, концентраций и радиуса капли бинарнойкапли. ........................................................................................................................................40§ 2.3. Приближение идеального раствора в капле................................................................
46§ 2.4. Выход на стационарные решения для концентрации, скорости роста итемпературы растущей или испаряющейся идеальной бинарной капли в случаеконденсации паров серной кислоты и воды. ........................................................................50Глава3.Уравнения,описывающиеэволюциюразмера,составаирадиусамногокомпонентной капли во времени. ....................................................................................60§ 3.1.
Вывод уравнений для радиуса, температуры и концентрации капли спроизвольным числом компонентов .....................................................................................603§ 3.2. Вывод соотношений для локальных плотностей потоков молекул компонентов,тепла, массовой и средней молекулярной скорости при произвольном числекомпонентов .............................................................................................................................
66§ 3.3. Случай малых концентраций конденсирующихся паров в парогазовой среде .......79§ 3.4. Приближение идеального раствора .............................................................................84Глава 4. Нестационарный и неизотермический рост или испарение неидеальноймногокомпонентной капли в диффузионном режиме для модельных систем ......................90§ 4.1. Учёт неидеальности раствора в капле .........................................................................90§ 4.2. Численное моделирование эволюции капли в атмосфере двух паров .....................92§ 4.3.
Численное моделирование эволюции капли в атмосфере трех паров ...................101Заключение.................................................................................................................................107Список литературы ....................................................................................................................1114ВведениеАктуальность темы. Рост и испарение свободноподвешенных капель какмоно-, так и многокомпонентных, широко распространенное в природе итехнике явление. В частности, такие капли участвуют в формированиидождевых облаков в атмосфере Земли. В данной работе мы не рассматриваемнуклеационное зарождение капли и считаем, что в атмосфере уже существуеткапля с некоторыми известными нам начальными составом, температурой иразмером.
Конденсация или испарение даже однокомпонентных капельсущественно различается для различных начальных условий. Дальнейшееразвитие капли зависит также и от физико-химических свойств паровконденсирующихсякомпонентовватмосфере,которыеопределяютмолекулярные и тепловые потоки на каплю и от капли.
Для описанияначальных условий мы задаем пересыщения паровконденсирующихсякомпонентов, начальный состав капли, её радиус и температуру.Хотя построение описания стадий роста или испарения капли являетсяфундаментальной проблемой физики фазовых переходов первого рода, иисследования в этой области ведутся уже на протяжении многих лет,построение соответствующей теории является по-прежнему актуальнойзадачей. Закономерности конденсации и испарения капель играют важнуюроль в динамике фазовых переходов и релаксационных процессов вразличныхколлоидныхсистемах,требуютсядлярешениямногихфундаментальных и прикладных задач, связанных с описанием процессов в5газовых и жидких дисперсных средах, распадом пересыщенных твердых ижидких растворов.
Обычно при описании процесса конденсации паров вкаплю предполагается, что капля является сферической, и под размеромкапли подразумевается её радиус. При этом внутри достаточно малой каплисмесь компонентов можно считать однородной, если характерные временадиффузионного перемешивания в капле существенно меньше временизменения радиуса, состава и температуры капли за счет обмена со средой.Теория роста или испарения многокомпонентной капли с контролируемымисоставом и размером в последние годы является востребованной, так каквозросли возможности эксперимента и контроля над состоянием капель,особенно с помощью оптических методов. Основная трудность припостроениитакойтеориисвязанаснеобходимостьюрассмотрениявзаимосвязанных нестационарных и неизотермических потоков на каплю ииз капли, меняющих ее текущее состояние.Степень разработанности темы исследования.
Одной из первыхмонографий, систематизировавшей экспериментальную и теоретическуюинформацию, имевшуюся на тот момент по росту и испарению капель, былакнига Н.А.Фукса [1]. В [1] рассмотрение велось только для капель,состоящих из чистых жидкостей, однако обсуждались и возможностинестационарного роста с неподвижной поверхностью капли. Актуальная насегодняшний день картина состояния дел в исследовании конденсационного6роста и испарения атмосферных аэрозолей представлена в монографияхРайста [2], Сайнфилда и Пандиса [3], Пруппахера и Клетта [4].В работах [5-9] было установлено, что при изотермическомдиффузионном или свободно-молекулярном режиме роста или испарениякапельпроисходитпостепенныйвыходнастационарныезначенияконцентрации в капле.
Причем эта концентрация не зависит от размеракапель, а её значения определяются коэффициентами диффузии, давленияминасыщенных паров и пересыщениями паров на удалении от капель. Следуетотметить, что переход к промежуточным значениям числа Кнудсена приконденсации или испарения капель приводит к зависимости стационарныхзначений от радиуса капель и требует использования других подходов - наоснове формул сшивания, уравнения Больцмана или метода молекулярнойдинамики [9-12]. Нестационарные решения уравнений, описывающих теплои массо- перенос были проанализированы в [13,14] для испарения капель, в[15] для испарения и горения капель топлива, для испарения аэрозольныхчасти в [16].
В недавних теоретических работах проводилось аналитическоеисследованиединамикиизотермическоговыходанастационарныеконцентрации раствора в капле в свободно-молекулярном и диффузионномрежимах роста [17-18], также в работах [19-20] были получены общиеинтегральные соотношения для капель с неидеальным раствором внутри, гдерадиус капли и время её роста выражались как функции текущейконцентрации капли. Тепловые эффекты, сопровождающие стационарную7неизотермическую бинарную конденсацию были рассмотрены в [21].Влияние эффекта стефановского течения подробно рассматривалось вработах [22,23].
Взаимное влияние диффузионных потоков различных паровпри неизотермической конденсации рассматривалось в [24]. Численныеисследования поведения капель в дизельных двигателях хорошо развиты вработах[25,26]. В работе [27] проведено детальное численное решениезадачи об эволюции капли без предположения о сферической симметрии.Развитие описания динамики переходов жидкость-газ существенно дляописания атмосферных аэрозолей [28-30], формирования осадков [31],образования облаков [32,33], а также в плане создания новых технологий дляперевода в мелкодисперсное состояние жидких топлив в двигателях [34,35].Так же следует отметить, что данная область исследований развивается и вплане эксперимента.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
