Конденсация образование зародышей

Исследования конденсации в сверхзвуковых соплах проводились в связи с проблемами образования зародышей при конденсации и скачками конденсации. В работе [52] исследовалась конденсация пара, в работе [213] — конденсация азота, в работе [866] — конденсация влажного воздуха в сверхзвуковых соплах, в работе [1741 — конденсация углекислого газа. [c.331]

При использовании сверхзвукового сопла становится возможным экспериментальное исследование гомогенного образования зародышей и конденсации, так как по сравнению с другими методами мгновенного расширения в этом случае достигается максимальная скорость релаксации. Измерение статического давления по длине сопла позволяет судить о количестве тепла, выделяемого при конденсации [437]. В работе [174], кроме того, интерферометрическим методом измерялась плотность газа. [c.331]

Теоретический и измеренный профили давления, свидетельствующие о появлении скачка конденсации, представлены на фиг. 7.21. Расчетная скорость образования зародышей приведена на фиг. 7.22, откуда видно, что для получения данной скорости образования зародышей при более низких температурах требуется большее пересыщение. Степень пересыщения непрерывно увеличивается до наступления конденсации, происходящей с большой скоростью. [c.332]

Ф и г. 7.22. Расчетная скорость образования зародышей при конденсации [c.333]

Изложенные методы расчетов и экспериментальных оценок ракетных двигателей являются, конечно, идеализированными Если в ракетном топливе используются металлы или их соеда не-ния, то в процессе адиабатического расширения возможна конден сация некоторых продуктов сгорания. При конденсации выделяется тепло и уменьшается число молей газа. Из-за высокой скорости потока условия равновесия не выполняются. Для определения различных видов потерь в дополнение к обусловленным запаздыванием по температуре и скорости требуется знать скорость образования зародышей, конденсации (разд. 3.2) и химических реакций (разд. 3.3). Однако для веществ, образующихся при работе ракетного двигателя, и условий его работы указанные-скорости в общем случае неизвестны. В этом состоит основная трудность сравнения расчетных и действительных характеристик ракетного двигателя. [c.335]

Вследствие этого в смачивающей стенку жидкости легко образуются разрывы ( кавитационные полости) жидкости у стенки, что и приводит к преимущественному возникновению паровых пузырьков на стенке, а не внутри жидкости для образования же паровых пузырьков на стенке требуются меньшие степени перегрева, чем для образования их в объеме жидкости. Равным образом облегчается образование зародышей жидкой фазы в насыщенном паре, а при полностью смачивающей стенку жидкости конденсация пара происходит непосредственно на стенках сосуда без образования зародышей и, следовательно, без пересыщения пара. [c.234]

Поэтому, когда давление пара настолько увеличится (а в противоположном конденсации случае, т. е. при испарении, давление жидкой фазы настолько уменьшится), что критический размер станет порядка размера молекулы, вероятность образования зародыша станет практически равной единице (при этом зародыши образуются спонтанно при случайном сближении или, наоборот, удалении нескольких молекул при их беспорядочном тепловом движении). Этим устанавливаются границы возможных значений пересыщения пара и перегрева жидкости. [c.222]

Центральный вопрос кинетики конденсации — это вопрос о скорости образования зародышей критического размера и их дальнейшем росте. Увеличение размеров капелек, достигших и перешагнувших критический барьер, ведет к разрушению метастабильного состояния системы, а следовательно, к изменению параметров пара и отклонению распределения зародышей по размерам от равновесных значений. В то же время закономерности, описывающие результаты флуктуации плотности, получены исходя из того условия, что температура, давление и число молекул паровой фазы сохраняются стабильными. Для того, чтобы полученные соотношения могли быть использованы в условиях нестационарного распределения, требуется ввести соглашения, сводящие действительный процесс к искусственной квазистационарной схеме. Принимается, что капельки с числом молекул, несколько превышающим критическое, удаляются по мере их образования из системы и заменяются эквивалентным количеством отдельных молекул в такой системе состояние пара сохраняется стабильным. [c.130]

Первое слагаемое в правой части выражает скорость конденсации пара на поверхности труб, второе — скорость конденсации на поверхности частиц аэрозоля (летучей золы), третье — скорость перехода пара в жидкое состояние в результате образования зародышей. [c.22]

Таким образом, при прочих равных условиях термодинамически наиболее вероятно образование зародыша в вогнутостях твердого тела. Если допустить, что Др(/ ) I < 1Ар(6) I, то во впадинах может конденсироваться ненасыщенный пар (капиллярная конденсация). [c.18]

Влияние таких дефектов должно быть по крайней мере двояко. Если дефекты обусловливают уменьшение работы образования зародыша, то именно на них прежде всего следует ожидать появление жизнеспособной новой фазы (для активного хода капельной конденсации размеры таких участков, по-видимому, должны быть соизмеримы с равновесными размерами зародыша). [c.146]

Таким образом, возможность появления первичных образований жидкой фазы на лиофобной поверхности зависит от большого количества факторов. Однако во всех случаях вероятность образования зародышей -пропорциональна переохлаждению пара (температурному напору). Учитывая, что коэффициент пропорциональности является функцией рассмотренных ранее факторов (таких, как микрогеометрическая неоднородность, неоднородность структуры и т. д.), могут найтись особые участки поверхности, обеспечивающие начало конденсации как при сравнительно малых температурных напорах, так и при больших переохлаждениях АТ . Средние характеристики процесса (такие, как, количество зародышей, образующихся в единицу времени на единице поверхности, среднее переохлаждение и т. п.) должны рассматриваться как среднестатистические величины. [c.147]

Проведенный анализ показывает, что роль эффектов капиллярности второго рода своеобразна и сравнительно ограничена. Эффекты тонкой пленки в основном актуальны для механизма гетерогенного образования зародыша жидкой фазы. Если исходить из предположения, что все необходимые характеристики центров конденсации или заро- [c.147]

При капельной конденсации процесс существенно зависит от капиллярных свойств рассматриваемой системы. Подвижность жидкой фазы связана с процессом теплообмена на изучаемом участке. Вероятность образования зародышей новой фазы зависит от степени переохлаждения пара. Эти характерные особенности процесса подсказывают и соответствующий выбор масштабов при записи задачи в безразмерных переменных. [c.160]

Конденсация или испарение жидкости происходит в результате образования зародышей, которые можно рассматривать как маленькие капельки жидкости или пузырьки пара. При конденсации из пара вначале возникают мельчайшие частички жидкости, вокруг которых и продолжается дальнейший рост жидкой фазы. Таким образом, возникшая фаза является комплексом частиц малых размеров в отличие от обычных макроскопических тел в агрегатном состоянии соответствующей фазы. [c.27]

Образование зародышей и ядер конденсации может происходить различными путями. Наличие в потоках посторонних неоднородностей (пылинок, коллоидных частиц, твердых поверхностей, ионов, капелек или кристаллов) приводит к более ранней конденсации паров данного вещества. При отсутствии посторонних ядер все центры конденсации должны образовываться из самих пересыщенных паров. При этом фазовые изменения происходят только благодаря местным флуктуациям параметров. [c.32]

В вышеприведённых формулах приняты следующие обозначения I скорость образования зародышей а - коэффициент конденсации, а = 0,04 р - плотность воды р - давление водяного пара Т - температура. К М - масса 1 киломоля воды а - коэффициент поверхностного натяжения. [c.91]

При гомогенной конденсации водяного пара под критическим пересыщением 5кр понимают такое пересыщение, при котором скорость образования зародышей в единице объёма и в единицу времени, способных к дальнейшему росту, /= 10 м" -с" Такое допущение является условным, так как процесс образования зародышей происходит и при I < 10 , но скорость этого процесса мала. В табл. 4.3 приведены данные по скорости образования зародышей при гомогенной конденсации в зависимости от пересыщения пара. Так, при [c.91]

Одним из самых распространенных химических методов получения высокодисперсных порошков нитридов, карбидов, боридов и оксидов является плазмохимический синтез [42—48]. Основные условия получения высокодисперсных порошков этим методом — протекание реакции вдали от равновесия и высокая скорость образования зародышей новой фазы при малой скорости их роста. В реальных условиях плазмохимического синтеза получение наночастиц целесообразно осуществлять за счет увеличения скорости охлаждения потока плазмы, в котором происходит конденсация из газовой фазы благодаря этому уменьшается размер образующихся частиц, а также подавляется рост частиц путем их слияния при столкновении. [c.23]

Рост пленок при конденсации из паровой фазы включает несколько элементарных процессов адсорбцию, поверхностную диффузию, флуктуационное образование зародышей и их рост. Как отмечалось в подразд. 2.2, различают три механизма роста [14]. Механизм по Фольмеру — Веберу предполагает зарождение изолированных трехмерных островков, их рост и коалесценцию с образованием сплошной пленки (рис. 4.15). По механизму Франка-Ван дер Мерве рост пленки начинается с образования двухмерных зародышей и происходит за счет последовательного наращивания моноатомных слоев (рис. 4.16). Наконец, согласно механиз- [c.137]

Процесс стационарной конденсации внутри сходящегося—расходящегося сопла схематически представлен на рис. 33 [202]. Смешанный с инертным газом ненасыщенный пар, входя в сопло, насыщается (плоскость а затем сильно пересыщается на участке между Xs и Хм- В сечении сопла х скорость образования зародышей возрастает настолько, что происходит измеримая конденсация пара. Последующее расширение газа приводит к понижению давления и температуры смеси. Однако выделяющаяся теплота конденсации при росте зародышей несколько увеличивает давление в потоке после плоскости х . За сечением х в смеси устанавливается давление насыщенного пара. [c.98]

При отсутствии смачивания краевой угол 0 равен я (случай капель ртути на поверхности стекла), работа образования свободного сферического зародыша в гомогенной фазе 1 = равна 7з поверхностной энергии капли. При частичном смачивании (0<я) работа W уменьшается, т. е. работа образования зародыша на поверхности раздела меньше работы образования свободного зародыша. При полном смачивании, т. е. при 0 = 0 (растекание капли воды на чистой поверхности стекла), работа W равна нулю. В этом случае образование новой фазы (конденсация пара) происходит уже при очень малом пересыщении. [c.97]

Современный интерес к проблеме кристаллизации переохлажденных жидкостей связан с практикой выращивания монокристаллов и с перспективой управления структурой твердого образца путем изменения скорости кристаллизации. Как при явлениях вскипания и конденсации, здесь также существуют два основных процесса, от которых зависит эволюция системы при заданных условиях переохлаждения. Первый процесс — образование зародышей, второй процесс — их рост и взаимодействие между собой и с материнской фазой. Кристаллизация переохлажденных жидкостей и пересыщенных растворов почти всегда идет на гетерогенных зародышах. Затравкой служат [c.159]

Упрошенная схема процессов, протекающих в экспонированной эмульсии в наших измерениях, приведена на фиг. 4. Пусть расстояние по вертикали на этой схеме представляет относительную энергию электронов в кристалле бромистого серебра. В темноте все электроны связаны с атомными ядрами и не могут создавать измеримый ток. При освещении некоторые электроны ионов брома переводятся в более богатое энергией состояние в полосе проводимости. Перебрасывается ли электрон непосредственно в полосу проводимости или же верхний уровень оптического перехода расположен несколько ниже полосы, которая достигается в результате теплового возбуждения, для нашей цели несущественно. Важно то, что электроны приобретают свободу передвижения и в наложенном электрическом поле дрейфуют к аноду, создавая измеримый ток. Свободные электроны могут снова упасть в основную (заполненную, нормальную) зону, т. е. вернуться на атомы брома в решетке такой процесс возвращает кристалл в исходное состояние. Если же электроны будут захвачены посторонними центрами, например примесями или нарушениями решетки самого кристалла, то это может привести к образованию зародышей (путем соединения захваченных электронов с компонентами решетки). Эти зародыши образуют скрытое изображение, играющее роль центров конденсации металлического серебра в процессе проявления. [c.326]

Однако и значительное пересыщение литого металла вакансиями не обеспечивает образования зародышей горячих трещин исключительно путем конденсации вакансий у поперечных границ. Необходимым условием образования зародышей является межзеренное проскальзывание, которое раскрывает как ступеньки в границах, так и уже существующие микрополости. Дальнейшее развитие критических зародышей в трещину происходит по механизму диффузии вакансий. [c.112]

Составим уравнения кинетики конденсации. Сделаем основное предположение о том, что процесс расширения паров происходит настолько медленно, что процесс образования зародышей можно считать квазистационарным. Скорость образования при этом в каждый момент времени совпадает со стационарной скоростью (8.41), соответствующей фактическому переохлаждению 0, которое существует в системе в данный момент. [c.460]

Используя соотношения Стодолы [763] и Осватича [584] для падающих на каплю и испаряющихся с ее поверхности молекул, Дафф вывел уравнения роста капли, а также уравнения ее температуры, массы и энергии. Уравнение скорости образования зародышей при конденсации пересыщенного пара приведено Френкелем [229] [c.331]

В тех случаях, когда жидкость смачивает поверхность твердых стенок сосуда, в котором она находится, кипение жидкости, а соответственно и конденсация насыщенного пара происходят без заметного перегрева жидкости и пересыщения пара, так как работа образования жидкой пленки на твердой поверхности тем меньше, чем лучше жидкость смачивает эту поверхность. При полном смачивании образование л<идкой пленки вообще не сопряжено с затратой работы. В смачивающей стенку жидкости легко образуются разрывы ( кавитационные полости у стенки), что приводит к преимущественному возникновению пузырьков пара на стенке, а не внутри жидкости. При полностью смачивающей стенку жидкости конденсация пара происходит непосредственно на стенках сосуда без образования зародышей и, следовательно, без пересыщения пара. [c.385]

В предшествующем параграфе было показано, что ядрами конденсации в быстродвижущемся потоке служат главным образом собственные зародыши флуктуацион-ного происхождения доля конденсата, выпадающего на поверхностях извне привнесенных взвесей, практически не ощутима. В таком случае для определения количества центров конденсации, возникающих за единицу времени в единице парового объема, можно применить формулу (4-15 ) или (4-15"). Сочетание формулы скорости образования зародышей критического размера с выражениями, описывающими закономерности их роста, позволяет получить недостающее уравнение, связывающее изменение расхода конденсата dmJdx с параметрами потока. [c.147]

Кантровитц [210], а затем более детально Федер и др. [185] вычислили влияние нагревания кластеров за счет скрытой теплоты конденсации на скорость образования зародышей. В типичном случае 2%-ного водяного пара в воздухе этот эффект уменьшает стационарную величину / на фактор 0,2. [c.53]

Затем, пользуясь схемой Беккера—Дёринга (см. уравнения (46), (47)), он вывел выражение для скорости образования зародышей. Его расчетные данные для паров воды предсказывали в 3,1—3,2 раза меньшие критические пересыщения Sk = pfp , чем наблюдаемые экспериментально при конденсации этих паров. Вместе с тем хорошее согласие полученных результатов с экспериментом и теорией ФВБД достигалось, когда предполагалось полное вымораживание вращений жидкой капли. С другой стороны, однако, совершенно непонятно, в какой мере свободная энергия неподвижной капли включает внутренние движения молекул кластера, полученного конденсацией пара. Пытаясь прояснить ситуацию, Курт [196] представил себе, что п молекул извлекаются в виде шарообразной капли из массивной жидкости. Поскольку внутри жидкости эти молекулы обладают Зтг степенями свободы, а в паре на 6 степеней свободы меньше, кажется естественным удалить из свободной энергии капли долю, соответствующую потере этих 6 степеней свободы. По мнению Френкеля и Курта, коррекция достигается уменьшением п на 2, так как внутри жидкости на каждую молекулу приходится по 3 степени свободы. [c.60]

По всей длине сопла состояние газа может быть точно вычислено с помощью газодинамических уравнений. Тщательное измерение локального повышения давления за счет теплоты конденсации позволяет рассчитать количество конденсата в любой точке сопла. В качестве примера на рис. 34 [291] показано сравнение измеренной и рассчитанной доли жидкого этанола в воздухе на разных расстояниях от горловины сопла (а — коэффициент прилипания). Для всех исследованных веществ экспериментальное значение скорости образования зародышей /дксп отличалось от значений ФВБД> предсказываемых классической теорией, на фактор Г = = экоп/ ФВБд = 10 10 [291]. С другой стороны, критические пересыщения пара, измеренные с помощью диффузионной камеры для ряда органических (288, 290, 292, 293] и неорганических 1294] соединений, хорошо согласовались с данными классической теории. Причина разногласия результатов пока неясна и, по-видимому, связана не только с различием методик измерения, поскольку, например, при исследовании в сверхзвуковом сопле конденсации SFg, подмешанной к аргону [295, 296], также получено качественное согласие с классической теорией. [c.98]

Шараф и Доббинс [297], изучая конденсацию водяного пара в смеси с аргоном при хорошо контролируемых условиях работы поршневой камеры Вильсона, вообще пришли к выводу, что понятия критического пересыщения и критической скорости образования зародышей неточны и весьма произвольны. Экспериментальные результаты по гомогенной конденсации многих веществ, полученные разными методами, недавно систематизировал Макгроу [298] с позиций закона соответственных состояний (рис. 35—39). Две штриховые линии на рис. 35—39 представляют данные классической теории нуклеации при AGg = 50 /свГ и 70 к Т. [c.98]

Часто предполагаемое равенство единице коэффициента прилипания д приводит к значительному преувеличению скорости образования зародышей, ибо в действительности не все соударяющиеся с кластером молекулы пара конденсируются, поскольку для удаления теплоты конденсации требуются многократные столкновения [42]. Например, измеренные концентрации кластеров в свободно расширяющейся сверхзвуковой струе GOg смогли быть объяснены теорией только при значении коэффициента прилипания мономера на димерах, тримерах и тетрамерах, равном З-Ю" [342]. [c.119]

Б ряде работ [156, 167, 276—278, 282, 283, 285] при вычислении стационарной скорости образования зародышей сохранялись основные термодинамические и кинетические допущения теории ФВБД, но капиллярное приближение исключалось машинным расчетом термодинамических функций кластеров. Полученные при этом результаты значительно отличались (кроме работ [282, 2831) от предсказаний классической теории нуклеации. Естественно, возникают вопросы в какой мере необходима ключевая концепция критического" зародыша и нельзя ли описать феномен внезапной макроскопической конденсации на чисто кинетической основе, учитывая необратимый и неравновесный характер протекающих процессов [c.119]

Монография посвящена в основном термодинамике метастабильной (перегретой) жидкости и выяснению условий, при которых происходит флуктуацион-ное образование зародышей паровой фазы. Впервые на большом экспериментальном материале для различных веществ и широкого интервала давления проверена теория Фольмера — Деринга — Зельдовича — Френкеля. Изложены новые методики экспериментального исследования. Обсуждается поведение плотности жидкости при глубоком заходе в метастабиль-ную область, свойства и способы аппроксимации спинодали — границы термодинамической устойчивости фазы, особенности закритических переходов. Устанавливается связь перегрева жидкости с процессами при интенсивном теплообмене в режиме взрывного вскипания. Кратко рассмотрены вопросы термодинамики и зародьппеобразования при конденсации и кристаллизации. [c.2]

Вещества, используемые для химического осаждения, содержат компоненты, которые выделяются в результате термических реак- ций на поверхности субстрата и образуют покрытие. Процесс разбивается постадийно адсорбция- образование зародышей сформирование осадка. В отличие от физического осаждения (конденсации), когда образование зародышей усиливается с понижением температуры, химическое осаждение происходит, обычно, лишь пр повышенных или высоких температурах. При этом высокая концентрация реагентов может вызвать столь большое пересыщение, что образование зародышей будет происходить и в объеме газовой фазы. Частицы вещества, сформировавшиеся в газовой фазе, падают на подложку и включаются в нормально растущий осадок. Последний процесс часто нежелателен, так как приводит к образованию неоднородных и недостаточно плотных слоев, в особенности, если они имеют неметаллическую природу. Большое значение имеет степень нагрева поверхности. Плотные окисные покрытия получаются лишь в определенных температурных интервалах осаждения. Для АЬОз эта температура близка к 1000 °С, для ВеО — к 1400 °С и т. п. Благоприятным фактором является способность субстрата катализировать образование зародышей. А в общем же, следует всегда считаться с конкуренцией между заро-дышеобразованием на поверхности субстрата и в газовой фазе. [c.11]

Если пар соприкасается с твердой поверхностью, полностью смачиваемой данной жидкостью, то конденсация пара мои ет происходить па этой поверхиости без образования зародышей. В этом и в других случаях, когда образование стабильной фазы также не связано с затратой работы на создание поверхности раздела между фазами, существование метастабильиой фазы невозможно. [c.202]

Перейдем к оценке числа центров конденсации, т. е. числа частиц конденсата в конечном состоянии. Теория образования зародышей жидкой фазы В чистом пересыщенном паре была развита рядом авторов Фольме-ром, Берингом и Дерингом, Фаркашем, Я. Б. Зельдовичем, Я. И. Френкелем. Подробное изложение ее со ссылками на оригинальные работы можно найти В книге Я. И. Френкеля [21] (см. также [22]). Мы напомним здесь лишь основные положения этой теории. [c.459]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...