ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние поверхностных явлений на структуру термодинамических функций системы жидкость—пар из "Термодинамика парожидкостных потоков " При определении характера зависимостей между калорическими функциями и термическими параметрами влажного пара полностью игнорировались поверхностные явления, возникающие на границах раздела фаз. Поэтому полученные в предыдущем параграфе выражения (1-16), (1-19) и (1-20), строго говоря, применимы лишь в тех случаях, когда жидкая фаза отделена от газообразной плоскостью. В реальных условиях жидкость весьма часто содержится в потоке влажного пара в виде капель. Вследствие поверхностного натяжения давление в капле жидкости превышает давление окружающего ее пара. Связь между давлением в капле и давлением во внешнем по отношению к ней пространстве выражается формулой Лапласа. [c.38] В этом параграфе индексом 1 будем отмечать величины, относящиеся к конденсированной фазе, индексом 2 — к газообразной. [c.38] Соотношение между давлением насыщения над плоской поверхностью (р ) и над поверхностью криволинейной (Рз) описывается формулами Кельвина и Гельмгольца. [c.39] Здесь удельные объемы фаз и суть функции давления (Ра) и температуры. Давление насыщения при плоской разделяющей поверхности (р ) однозначно определяется температурой. Таким образом, равновесное давление пара в условиях криволинейной поверхности раздела зависит от температуры и размера капли = ро Т, ). С уменьшением радиуса капли S давление насыщения (при стабильной температуре) возрастает. Характер относительного расположения кривых упругости, отвечающих плоской поверхности раздела ( оо) и каплям различных размеров, изображен на рис. 1-8. [c.39] Рассмотрим равновесную систему, состоящую из капель жидкости, распределенных в паре того же вещества. Температуры обеих фаз одинаковы давление же в капле выше, нежели давление окружающего ее пара. Общее условие взаимного равновесия фаз, образующих систему, заключается в равенстве (с точностью до малых величин) их удельных термодинамических потенциалов, т. е. [c.41] Связь между удельными энтропиями фаз и параметрами состояния выражается уравнением (1-25). В это уравнение входят удельный объем и давление насыщения над криволинейной поверхностью. Между тем необходимые для расчетов значения термических параметров жидкости и пара, содержащиеся в таблицах, отвечают равновесию фаз в условиях плоской поверхности раздела. В связи с этим следует выразить разность энтропий (s —Sj) через табличные значения термических величин на пограничных кривых. [c.43] Из выражения (1-27) следует, что при каплях заданного размера отклонение равновесной энтропии пара над криволинейной поверхностью от ее значения над плоской поверхностью раздела фаз уменьшается с повышением давления во всей области состояний. [c.46] Суждение о количественной мере поверхностных эффектов можно получить из графиков рис. 1-9—1-11. По ординатам отложены абсолютные и относительные (в процентах) значения поправок о (Ai) на криволинейность поверхностей раздела между жидкой и газообразной фазами воды, ртути и аммиака. [c.48] Расчеты произведены для капель радиусом S = 1 мкм, при этом разность i. —j l названа по аналогии теплотой испарения . [c.48] В рассматриваемой системе действие капиллярных сил сказывается заметным образом при каплях с радиусом с 10-2 мкм. [c.49] Столь малые капли, по-видимому, возникают в некоторых быстротекущих процессах, когда в системе содержится мало зародышей, необходимых для осуществления фазовых переходов, и роль центров агрегатных превращений играют местные скопления молекул, вызванные их беспорядочным тепловым движением. [c.49] В этих условиях термодинамическое равновесие фаз нарушается и влияние капиллярных эффектов как фактора, тормозящего восстановление нарушенного разновесия, становится весьма значительным. Анализ подобного рода явлений выходит за пределы возможностей квазистационар-ной термодинамики некоторые стороны вопроса будут рассмотрены в дальнейшем (гл. 5 и 6). [c.49] Вернуться к основной статье