Диссертация (1149168), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Когда жесодержание воды придет в равновесие между жидкой и газовой фазами, дляподдержания стационарной концентрации, которая будет меняться из-запостоянного притока кислоты в каплю, поток воды пойдет к капле тоже.Также как и в предыдущем случае может наблюдаться замедление роста изза теплового эффекта.99Рис.4.5 Температура капли Td как функция времени и относительного квадрата радиусакапли при конденсации серной кислоты(i=1) и воды(i=2), вычисленная при T0  293K ,R0  103 см , 1  10 ,  2  0.3 согласно (3.107) и (3.108).

Здесь (b) – неизотермический иидеальный случай, (c) - неизотермический и неидеальный случай.Стационарнаятемпературакаплипрактическитакаяже,кактемпература окружающей среды Td st  106 K (b) и 7  106 K (c), но кстационарным значениям температура идет различными способами, которыеопределяются исходным составом капли, как показано на рис.4.5. Причинойохлаждения является отток воды, который происходит до тех пор пока капля100почти не испарится, и молярные концентрации не придут к стационарнымзначениям.Рис.4.6 Квадрат относительной скорости роста капли как функция времени приконденсации серной кислоты(i=1) и воды(i=2), вычисленный при T0  293K , R0  103 см ,1  10 ,  2  0.3 согласно (3.108).

Здесь (a) – изотермический и идеальный случай, (b) –неизотермический и идеальный случай, (c) - неизотермический и неидеальный случай.Рис.4.6 показывает, что скорость роста капли любого начальногосостава после установления стационарного режима почти равны нулю dR2R0dt s2 7  105 c1 (a), 7  105 c1 (b), 4.5  104 c1 (c).

Это означает, что101радиус остается неизменным в течение длительного времени, например, длякапли, изначально содержащей только серную кислоту, эта величина встационарном режиме примерно в 1.2 раза больше начального радиуса.§ 4.3. Численное моделирование эволюции капли в атмосферетрех паровСледующий рассматриваемый случай – конденсация паров сернойкислоты(i=1), азотной кислоты(i=2) и воды(i=3) в условиях земнойатмосферы.

Начальные условия 1  10 ,  2  1 ,  3  0.3 , R0  103 см , T0  253K.(4.7)Такая низкая начальная температура была выбрана для использованиякоэффициентов активности, вычисленных в [49], отсюда же возьмемзначения для давлений насыщенных паров.102Рис.4.7 Молярная концентрация первого компонента x1 как функция времени иотносительного квадрата радиуса капли при конденсации серной кислоты(i=1), азотнойкислоты(i=2) и воды(i=3), вычисленная при T0  253K , R0  103 см , 1  10 ,  2  1 , 2  0.3 согласно (3.108) и (3.109). Здесь (a) – изотермический и идеальный случай, (b) –неизотермический и идеальный случай, (c) - неизотермический и неидеальный случай.На рис.4.7 заметно, что нет большой разницы между идеальным инеидеальным рассмотрением для релаксации концентрации серной кислоты кстационарным значениям, которые во всех трех случаях почти нулевыеx1st  1.2  107 (a),1.2  107 (b), 1.4  107 (c) , потому что поток серной кислоты103значительно меньше по сравнению с потоками азотной кислоты и воды,вследствие большой разницы в давлениях насыщенных паров.Рис.4.8 Молярная концентрация второго компонента x2 как функция времени иотносительного квадрата радиуса капли при конденсации серной кислоты(i=1), азотнойкислоты(i=2) и воды(i=3), вычисленная при T0  253K , R0  103 см , 1  10 ,  2  1 , 2  0.3 согласно (3.108) и (3.109).

Здесь (a) – изотермический и идеальный случай, (b) –неизотермический и идеальный случай, (c) - неизотермический и неидеальный случай.Рис.4.8 демонстрирует эволюцию концентрации азотной кислоты,стационарные значения концентрации у кислоты больше, чем у воды104x2st  0.69 (a),пересыщениях0.7 (b),паров.0.61 (c),Азотнаячтоявляетсякислотавследствиемразницырассмотренныхвслучаяхконденсируется в капли, так как её пар всегда является пересыщенным поотношению к раствору в капле, и, несмотря на по-прежнему большуюразницу между потоками воды и серной кислоты, поток азотной кислотысравним по величине с оттоком воды, поэтому капля растет без какого-либоуменьшение радиуса, даже если один из паров является недосыщенным.Также на рис.4.7-4.8 продемонстрировано, что капля, изначально содержащаятройную смесь H2SO4, HNO3 и Н2О, эволюционирует так, что в стационарномрежиме содержит практически уже только бинарную смесь HNO3 и Н2О.Этот результат воспроизводит явление природы - полярные стратосферныеоблака содержат капельки, состоящие только из азотной кислоты и воды.

Темне менее, серная кислота вносит значительный вклад в переходной стадиинагрева капли, как показано на рис.4.9. Можно заметить, что капля,изначально состоящая только из серной кислоты, быстро нагревается и далеес поступлением азотной кислоты и воды начинает релаксировать кстационарной температуре Td st  9.3  103 K (b), 1.5  102 K (c), температуракапли хоть и превышает температуру окружающей среды, но несущественно.105Рис.4.9 Температура капли Td как функция времени и относительного квадрата радиусакапли при конденсации серной кислоты(i=1), азотной кислоты(i=2) и воды(i=3),вычисленная при T0  253K , R0  103 см , 1  10 ,  2  1 ,  2  0.3 согласно (3.107) и(3.108).

Здесь (b) – неизотермический и идеальный случай, (c) - неизотермический инеидеальный случай.В этой главе, используя упрощенную систему, описывающуюэволюцию радиуса, состава и температуры многокомпонентной капли,которая может расти или испаряться в смеси паров и газа-носителя, мыпровеличисленное моделирование систем, близким к реальным сиспользованием различных физико-химических приближений и моделей.106Была продемонстрирована возможность немонотонного роста радиуса каплине только в случае большого различия в давлениях насыщенных паров, какпри конденсации серной кислоты и воды, но и немонотонное поведение,происходящее из-за сильного роста температуры и различия молекулярныхразмеров при конденсации этанола и воды. Также был продемонстрированавозможность большого нагрева капли в конденсации этанола и вода и вдругом случае для капли серной кислоты и воды на небольшом промежуткевремени.

Эффект, когда тройная капля переходит в бинарную былпродемонстрирован при конденсации серной кислоты, азотной кислоты иводы в капли. При этом отмечено, что эволюция радиуса, температуры исостава происходит похожим образом в ситуации с изотермическойконденсациейиидеальнымрастворомвкапле,неизотермическойконденсацией и неидеальным раствором, отличаясь лишь во временныхмасштабах и стационарных значениях.107ЗаключениеВ данной работе построено теоретическое описание нестационарнойэволюции во времени размера эволюция размера, состава и температурысферическойсвободноподвешенноймикрокапливовремениприпроизвольных начальных условиях.

Основные результаты сформулированы в5 пунктах и представлены ниже:1.Построено аналитическое решение задачи для изотермическогороста или испарения бинарной капли в диффузионном режиме в атмосфередвух конденсирующихся паров и неконденсирующегося газа-носителя.Отмечена возможность немонотонного роста и указаны необходимые для еговозникновения условия на основе выражений для стационарных значенийскорости роста и концентрации капли.2.Полученазамкнутаясистемауравненийдляразмера,температуры и состава бинарной капли, неизотермически растущей илииспаряющейся в диффузионном или свободно-молекулярном режиме вквазистационарных условиях.

В приближении идеального раствора численнопродемонстрированавозможностьнемонотонногоростакаплидляразличных отношений концентраций насыщенных паров.3.эволюциюПостроена система взаимосвязанных уравнений определяющихразмера,температурыисоставасвободнойсферическоймногокомпонентной капли во времени, учитывающая различные режимыроста капли – диффузионный или свободно-молекулярный, наличие108перекрестных эффектов диффузии и теплопроводности, стефановскоетечение и неидеальность раствора внутри капли. Эта система определяетискомые радиус, температуру капли и концентрации в капле как функциивремени при произвольных начальных условиях (начальных размере итемпературе капли и концентрациях раствора в капле).

Характеристики

Список файлов диссертации