Время зародышеобразования

В этих условиях за небольшое время пребывания при высокой температуре успевают оформиться зародыши рекристаллизации из субзерен не только в участках с максимальной кривизной решетки, но и в областях, менее благоприятных для зародышеобразования. Ориен- [c.408]

Основным механизмом передачи тепла в испарителе и конденсаторе тепловой трубы является теплопроводность с испарением и конденсацией. Теории теплопроводности с испарением и конденсацией были описаны в предыдущей главе. Прохождение тепла через насыщенный жидкостью фитиль сопровождается возникновением радиального градиента температур в жидкости. В зоне испарения температура жидкости на границе раздела труба — фитиль больше, чем температура жидкости на границе раздела фитиль —пар на величину, зависящую не только от свойств жидкости и фитиля, но и от плотности теплового потока. В двухфазной системе давление жидкости в испарителе равно давлению насыщения при температуре межфазной границы жидкость — пар минус капиллярное давление на межфазной границе. Из этого сле-дет, что давление насыщения пара при температуре границы раздела фитиль — труба превышает давление жидкости в этой же точке. Так как разность давлений возрастает с увеличением радиального теплового потока, в испарителе тепловой трубы и в фитиле испарителя может начаться образование паровых пузырьков. Образование в структуре фитиля паровых пузырьков является нежелательным, потому что они могут привести к возникновению перегретых участков и препятствовать циркуляции жидкости. Таким образом, существует ограничение теплового потока, связанное с парообразованием в тепловой трубе, и это ограничение названо ограничением по кипению. Существует разница между ограничением по кипению и другими ограничениями. А именно, ограничение по кипению накладывается на плотность радиального теплового потока, в то время как остальные ограничения — на осевой тепловой поток. Тем не менее, если геометрия испарителя и поверхностное распределение теплового потока в испарителе постоянны, то плотность радиального потока прямо пропорциональна осевому тепловому потоку. Кроме того, следует отметить, что образование паровых пузырьков ограничено только зоной испарения тепловой трубы, так как жидкость в конденсаторе переохлаждена до температуры меньшей, чем температура насыщения, соответствующая давлению жидкости в данной точке. Поэтому для зоны конденсации на плотность радиального теплового потока не накладывается никаких ограничений. Анализ ограничений по кипению затрагивает теорию пузырькового кипения. Пузырьковое кипение включает два независимых процесса 1) формирование пузырьков (зародышеобразование) 2) последующий рост и движение пузырьков. Представим себе сферический паровой пузырь вблизи границы раздела труба — фитиль. В состоянии равновесия [c.88]

Пусть жидкость до момента = О находится в стабильном состоянии, флуктуационные пузырьки в ней характеризуются функцией распределения fn. В момент < = О жидкость перегревается. Новому состоянию соответствует другая равновесная функция распределения fn. Вследствие уменьшения работы образования пузырьков в перегретой жидкости имеем / . Но фактическое распределение пузырьков при моментальном перегреве вначале ближе к / , чем к / . Поэтому рост числа зародышей замедлен по сравнению со стационарным случаем. Характер развития процесса зародышеобразования показан на рис. 10, где но оси абсцисс отложено время, а по оси ординат — число образовавшихся за это время зародышей [c.55]

Метод дает четкие результаты благодаря резкой, температурной зависимости Jl. Само понятие максимального или достижимого перегрева является условным в том смысле, что каждой температуре соответствует свое среднее время ожидания начала вскипания (или обратная ему величина / ). И, наоборот, каждой частоте гомогенного зародышеобразования можно приписать свою температуру Гц. Эффективную частоту зародышеобразования в опытах с капельками можно оценить по формуле (1.18). Принимая объем капельки V 10 см и время ее пребывания до взрыва в слое с температурой Гд бГ, бГ = 0,10,2°, равным 0,1 сек, получим / 10 см- -сек . Более строгая оценка производится следующим образом. Среднее число спонтанно возникающих в капельке зародышей за время t = при изменяющейся температуре (от Гд до Гд) есть [c.85]

Гк И для диэтилового эфира [97] и бензола [101] при 20 °С. При этой температуре вследствие низкой плотности пара критический пузырек оказывается практически пустым,— случай неблагоприятный для кинетической теории зародышеобразования. По теории зародышеобразования значениям о = 0ц отвечают намного большие перегревы жидкости, чем наблюдаемые в опыте. Для эфира разрывное напряжение должно бы составлять 170 бар, а для бензола — 386 бар. Причину расхождения таких оценок с величиной максимально достигнутых растяжений видят обычно в несовершенстве контакта жидкости со стеклом. Но в то же время опыты на пузырьковой камере при более высоких температурах свидетельствуют о хорошем смачивании стекла диэтиловым эфиром и бензолом. Другой возможной причиной отмеченного расхождения является понижение эффективного поверхностного натяжения на границе очень маленьких зародышевых пузырьков. Б опытах по кавитации важно добиться получения воспроизводимых результатов, обеспечить условия, когда подавлено действие готовых центров и слабых мест в системе. Сама постановка задачи предполагает статистическую обработку [c.149]

Т — —25 °С найдено 5 8. Авторы относят свои результаты к условиям, при которых за время постоянной чувствительности камеры образуется 1—2 капли в 1 см . Пересыщение, полученное в [135] для воды, выше, чем у Фольмера и близко к границе образования плотного тумана, указанной Вильсоном. Работа на расширительных камерах Вильсона требует известных предосторожностей и методических проработок для получения надежной информации о кинетике гомогенного зародышеобразования. Во-первых, в камере нельзя полностью избавиться от конденсации на ионах, пылинках. Во-вторых, нужно быть уверенным, что процесс расширения от начала до конца сохраняет адиабатический характер и состояние максимального пересыщения пара существует некоторое время, в течение которого возникают флуктуационные центры конденсации с частотой /х- Не будет большой ошибкой считать, что все капельки (за вычетом гетерогенных зародышей) начинают расти в это время. Если общее число появившихся капелек приблизительно известно, то есть возможность сравнивать экспериментальные результаты с теорией. [c.155]

Отношение Т /Тц указывает на существование приблизительного термодинамического подобия условий гомогенной нуклеации. Для малых объемов большинства исследованных солей и металлов это отношение лежит в пределах от 0,79 до 0,84. Вероятная эффективная частота зародышеобразования Jl в опытах [147] порядка 10 — 10 см -сек . Но сами авторы принимают гораздо более высокое значение 10 [148]. Они считают, что возможны большие времена запаздывания т з в переохлажденных жидкостях. Их анализ основан на подходе Фриша [52] к расчету Т3. Букле [149] принимает такую начальную функцию распределения [c.166]

Тд = 34,5 °С, т = 350 мксек). Первая стадия соответствует быстрому разогреву жидкости, но температура еще не достигает значения Т 149 °С, при котором начинается интенсивное спонтанное зародышеобразование. Когда в поле зрения попадают сравнительно крупные готовые центры, то можно заметить растущие на них пузырьки. Их максимальный размер не намного превышает толщину прогретого слоя жидкости. Тепловые возмущения, вызванные этими пузырьками, почти не нарушают плавной зависимости температуры от времени. На второй стадии [Т Т ) в пристеночном слое жидкости появляется масса флуктуационных зародышей, вырастающих до видимых размеров (фотографии 1 —5). В отличие от готовых центров они возникают на случайных местах. Резкое увеличение парообразования приводит к появлению особенности на осциллограмме. Третья стадия процесса связана с формированием вокруг проволочки парового чулка (4—6), который возникает из-за слияния пузырьков. Теплоотдача проволочки ухудшается, ее температура начинает быстро подниматься. Тепловое влияние проволочки на жидкость теперь незначительно. Паровой чулок некоторое время увеличивается в размерах за счет испарения в него перегретой жидкости, а затем захлопывается (7,8 — четвертая стадия). Для того чтобы не расплавить проволочку, подача тока прекращается вскоре после возникновения чулка. Характерные времена Ат для разных стадий отсчитываются от начала особенности т = т 350 мксек, когда температурное возмущение г] порядка 5.10 °С. [c.200]

Взрывное вскипание путем быстрого ввода тепла в жидкость возможно при использовании интенсивного инфракрасного излучения или лазерного луча, при нагреве электролитов током. Процессы спонтанного зародышеобразования могут происходить во взрывающихся металлических проволочках [109] (характерное время - 1 мксек). Высокие перегревы жидкости наблюдаются при кипении щелочных металлов на смачиваемых стальных поверхностях при низком давлении [171, 172, 169[. Способность этих металлов восстанавливать окислы и растворять загрязнения приводит к уменьшению числа готовых центров. Вместе с тем для жидких металлов радиус критического пузырька при заданном перегреве оказывается значительно больше по сравнению с органическими жидкостями и водой. Перегрев натрия у теплоотдающей стенки достигал 300 °С при температуре металла 900 °С, для калия перегрев был еще выше. Однако эти перегревы еще не обеспечивают спонтанного зародышеобразования. Если принять для металлов, как и для диэлектрических жидкостей, Гц 0,9 Тк, то получим при атмосферном давлении калий Т, = 760 °С, Тп 1600 °С (Г = 1800 °С), АГп = 840 °С натрий Г, = 883 °С, Гп 1980 °С (Г = = 2230°С), АГп 1100 °С. Критические температуры взяты по оценке Воляка [199]. [c.206]

С понижением температуры от 144° до 134° С среднее время жизни капельки ири облучении возрастает на порядок — от 36 до 400 сек, а на следующих пяти градусах — еще на полтора порядка. Соответственно уменьшается частота инициированного зародышеобразования, как обратная величина т. Аналогичные результаты получены и для н-гексана. [c.213]

Аморфное состояние получают обычно при больших скоростях проведения процесса (осаждение из газовой фазы, охлаждение жидкости и т.п.), а следовательно, в неравновесных условиях. Основываясь на (1.76), видим, что уменьшение диффузии вызывает рост и равновесного, и неравновесного времени зародышеобразования. Для образования аморфной фазы необходимо, чтобы время проведения процесса х было меньше времени зародышеобразования (нуклеации) [c.128]

Техника эпитаксиального выращивания в настоящее время достигла такой ступени, когда стало возможным получать вполне совершенные монокристаллические пленки как элементарных полупроводников, так и ряда соединений. Для исследований тонких пленок характерен значительно больший интерес к процессам роста и зародышеобразования, чем к гальваномагнитным, оптическим и другим физическим свойствам [2, 9]. [c.317]

При однородном зародышеобразовании число ядер, образующихся в, интервале времени т, пропорционально объемной доле исходной фазы Уа, скорости образования зародыщей 1 и йх. Объем новой фазы в момент времени образующейся в результате роста всех ядер за время x<.t, тогда будет [c.245]

Случай неразбавленной системы более сложен из-за столкновения растущих ядер. В общем случае уравнение Аврами можно объяснить теоретически и показатель степени п зависит от геометрии роста. Для трехосного роста (сферы), как в приведенном выше примере, л = 4 для одноосного роста (иглы или утолщающиеся пластинки) п = 2. Если скорость зародышеобразования уменьшается со временем, п может принимать меньшие значения. Наконец, для образования зародышей на границах зерен возможна тенденция сдвига в сторону реакций первого порядка, если пластинки -фазы утолщаются на границах зерен [52]. Кинетику превращения удобно представлять с помощью графиков время — температура — степень превращения (ВТП) [305], которые получаются путем сечения поверхности Z(r, Ig/) плоскостями Х== onst. [c.246]

Например, в случае превращения высокотемпературной фазы в низкотемпературную путем охлаждения- системы зароды-шеобразованщ облегчается по мере удаления системы от равновесной границы, в то время как рост легче идет при самой высокой температуре вблизи равновесной границы. Графики ВТП (рис. 8.5) ясно показывают, что существует некоторый инкубационный период до того момента, когда превращение становится заметным. Этот период становится бесконечно большим на кривой Клапейрона (нет зародышеобразования) и при очень низких температурах (нет роста). [c.246]

Если система находится в метастабильном состоянии, то рано или поздно она перейдет в термодинамически устойчивое состояние, которое зависит от наложенных на систему связей. Направление необратимого процесса предопределено вторым законом термодинамики. Распад метастабильной системы требует активации. Этим он отличается от более простых случаев, например, температурной релаксации. Первое характерное время есть время ожидания жизнеспособного зародыша т в метастабильной системе. Будем предполагать гомогенную нуклеацию. Во многих практически интересных случаях нуклеацию можно рассматривать как стационарный процесс при неизменном состоянии метастабильной фазы. Поскольку спонтанное возникновение зародыша является случайным событием, то определенный физический смысл имеет среднее время ожидания зародыша. Обозначим его т. Для перегретой жидкости и пересыш енного пара теория предсказывает очень резкую зависимость величины х от глубины вторжения в метастабильную область. Изменению температуры жидкости на градус может соответствовать изменение т на 3—4 порядка. Величина / = (т) является частотой зародышеобразования, т. е. средним числом зародышей, образующихся в системе за 1 сек. Удобно относить J к единице объема метастабильной фазы [c.25]

Эффект тесноты. В теории зародышеобразования работа Wk имеет определяющее значение. Поэтому важно представлять себе ограничения, которые связаны с использованием формулы (2.2). Первое ограничение можно назвать эффектом тесноты. Он рассмотрен в общей форме Русановым [38] и состоит в том, что при малом объеме системы (или при очень высокой частоте зародышеобразования) появление пузырьков (капелек) изменяет состояние среды. Но даже при отсутствии фактической тесноты не исключена возможность локальных изменений температуры и давления, если соответствующие времена релаксации превышают время формирования зародыша. Рассмотрим однокомпонентную систему нри постоянстве энтропии, объема и числа частиц. Тогда W = AU =11 — U , где t/o= == TS - pV + iM, С/ = Г S + T"S" - р Г - p"V" + + <уА + ii M + ц М". Используя условия S = S -j--f S" = onst, F = F -Ь F" == onst, M = M + M" = = onst, получим W — T" — T ) S" — p" — p )V" - --f ( л" - л ) М" + aA + [Г- T)S p -p)V [c.30]

Решение задачи о кинетике зародышеобразования в форме (2.30) с не зависящим от времени предэкспоненци-альным множителем В получено для стационарного состояния onst. При сравнении теории с опытом нужно иметь уверенность, что стационарное состояние в системе практически успевает устанавливаться и характерное время опыта намного превышает длительность нестационарного периода. Стационарной должна быть функция распределения пузырьков по числу молекул в них (или по г). Величина / отличается от равновесной функции распределения / при заданном термодинамическом состоянии жидкости. Отношение fjfn — не остается постоянным, а меняется вместе с размером пузырька. Самых маленьких пузырьков п> п настолько много в жидкости, что их среднее число практически не зависит от существования в системе стационарного потока зародышей, т. е. [c.53]

Величина Ц к может рассматриваться как характерное время Тз, оно отличается от (2,59) множителем 1/2я. Оценки по формуле (2.59) с учетом (2.48), (2.49) и величины (йй/йг)к ) приводят для перегретой жидкости вблизи границы интенсивного зародышеобразования к значениям Тз = 10 10 сек. Для пересыщенного пара Тз = = 10 -г-10 сек. Тошев и Гутзов [54] показали, что зародышеобразование, стимулируемое твердой подложкой, характеризуется меньшим временем запаздывания, чем гомогенная нуклеация при одинаковых прочих условиях. [c.57]

Застекловывание салола представляет характерное явление для веществ со сложными молекулами. Таммап [143] экспериментально изучал зависимость от переохлаждения Те — Т = АТ линейной скорости кристаллизации (а) и числа центров кристаллизации (р), образующихся за определенное время в известном объеме прозрачной жидкости. Он получил кривые с максимумом, сдвинутые по температуре друг относительно друга. Увеличение вязкости расплава по мере переохлаждения приводит к торможению не только роста готового кристалла, но и процесса зародышеобразования. В таммановских кривых (Р) не отделены гетерогенное и гомогенное зародышеобразование. Возможность полной остановки кристаллизации при больших переохлаждениях представляет эффект, не имеющий аналогии в превращениях жидкость газ. В отсутствие готовых центров и активных примесей кристаллизация начинается на спонтанных зародышах гомогенного происхождения. Однако реализовать чистые условия долго не удавалось. По данным [12] максимальное переохлаждение для висмута и олова не превышало 30°, а для натрия и калия — 3,5°. Если воспользоваться последним значением, то для поверхностного натяжения на границе кристалл — расплав получим явно заниженную величину а [c.160]

Более детальную информацию о температурной зависимости частоты инициированного зародышеобразования можно получить, применяя остановку всплывающих капелек исследуемой жидкости. Чувствительность перегретой жидкости к излучению удобно характеризовать средним временем жизни (временем ожидания вскипания) т". Между чувствит льностьюи т существует обратно пропорциональная зависимость. В [87] были измерены времена жизни неподвижных капелек после начала облучения при неизменной температуре. Расстояние от источника Со [c.212]

Условность понятия нижней границы радиационной чувствительности перегретой жидкости хорошо видна из графиков на рис. 57—60. Изобары и изотермы имеют продолжение в сторону уменьшающихся перегревов. При заданном состоянии жидкости частота инициированного зародышеобразования пропорциональна интенсивности излучения. На рис. 61 построены для диэтилового эфира в переменных р, Т линии постоянной чувствительности. С возрастанием номера кривой на единицу возрастает на порядок среднее время ожидания вскипания при неиз- [c.218]

До сих пор нас интересовали главным образом условия, от которых зависит время жизни метастабильной фазы. Хотя это время (или частота зародышеобразования) является важной характеристикой, оно представляет собой лишь одно из многочисленных свойств метастабильного состояния, наряду с такими фундаментальными параметрами, как плотность, теплоемкость, теплопро-вс дность. [c.230]

Парообразование на уже готовых зародышах ограничивает возможные перегревы жидкости АГ, которые обычно не превышают 10 К, при ее истечении. В этих условиях термофлуктуа-ционное (гомогенное) зародышеобразование, интенсивность которого экспоненциально растет с ростом перегрева (см. 7 гл. 1), за время 10 — 10 с, характерное для истечения, не успевают проявиться. [c.138]

За время кристаллизации структура поверхностного слоя меняется слабо, т.е. доля объемного зародышеобразования твердых фаз стали мала по сравнению с процессами роста отдельных блоков и субзерен. С ростом удельной мощности электронагрева qs от 10 до 6-10 Вт/м размеры переходной области снижаются с 0,65 до 0,4 мм из-за повышения градиента температур, пропорционального росту Времена полного затвердевания соответственно уменьшаются с 30 до 10 мс. Период времени х > х характеризуется постепенным переходом к регулярному режиму охлаждения, когда слои между поверхностью и изотермой Г = 10 К (Г Ас ) рхлаждаются практически с одинаковой скоростью Уохл (2+3)-10 К/с. Значения последней остаются достаточно высокими, обеспечивая полноту образования мартенсита и повышение твердости поверхностного слоя на глубине более 1 мм (при частоте / = 440 кГц). [c.500]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...