Содержание к диссертации
Предисловие 6
Глава 1. Введение. 8
1.1. Граница устойчивости растянутой жидкости. 8
1.2. Кинетика вскипания перегретых и растянутых жидкостей. 13
1.3. Обзор экспериментальных исследований растянутых состояний жидкости. 19
1.3.1 .Методы экспериментальных исследований. 19
1.3.2.Результаты экспериментальных исследований предельных растяжений жидкостей 28
Глава 2. Исследование кинетики вскипания перегретых и растянутых жидкостей в квазистатических условиях. 35
2.1 Введение. 35
2.2. Экспериментальное исследование кинетики вскипания перегретых диссоциирующих жидкостей. 36
2.2.1.Экспериментальная установка для исследования кинетики вскипания перегретых легкокипящих химически агрессивных жидкостей. 36
2.2.2. Результаты экспериментального исследования кинетики вскипания перегретой диссоциирующей четырехокиси азота. 43
2.2.3. Кинетика вскипания фотодиссоциирующих жидкостей. 56
2.2.3.1 .Опыты в естественных условиях. 56
2.2.3.2. Кинетика вскипания жидкостей под действием ультрафиолетового излучения. 62
2.3. Экспериментальное исследование кинетики вскипания перегретых жидкостей при отрицательных давлениях. 66
2.3.1. Введение. 66
2.3.2. Экспериментальная установка и методика опытов по исследованию кинетики вскипания растянутой жидкости. 67
2.3.3. Кинетика вскипания перегретого растянутого н-пентана. Результаты опытов и их обсуждение. 71
Глава 3. Импульсное растяжение и перегрев жидкостей при отрицательных давлениях. 74
3.1. Введение. 74
3.2. Предельные растяжения жидкостей в волне отрицательного давления. 74
3.2.1. Экспериментальная установка и методика опытов. 74
3.2.2. Результаты опытов по импульсному растяжению жидкостей в волне отрицательного давления. 77
3.3. Импульсный перегрев жидкостей в волне отрицательного давления. 85
3.3.1. Экспериментальная установка и методика опытов. 85
3.3.2. Предельный перегрев органических жидкостей при отрицательных давлениях. 91
3.3.2. Предельный перегрев растворов органических жидкостей при отрицательных давлениях. 102
3.3.3. Предельный перегрев воды в области отрицательных давлений. 106
3.3.4. Предельный перегрев водных растворов в области отрицательных давлений. 108
Глава 4. Влияние газонасыщения на вскипание перегретой и растянутой жидкости. 115
4.1. Введение. 115
4.2. Экспериментальное исследование влияние газонасыщения на кинетику вскипания перегретой жидкости. 117
4.3. Импульсный перегрев газонасыщенных жидкостей при отрицательных давлениях. 123
4.4. Влияние газонасыщения на тяговые и расходные характеристики коротких сопел. 131
4.4.1. Экспериментальная установка и методика опытов. 132
4.4.2. Результаты опытов. 137
4.5. Распад струй газонасыщенной воды. 145
4.6. Экспериментальное исследование влияния газонасыщения на кавитационную прочность воды при низких температурах. 152
Глава 5. Инициированное вскипание перегретых и растянутых жидкостей. 159
5.1. Кинетика инициированного у- излучением вскипания перегретых жидкостей. 159
5.2. Влияние электрического поля на перегрев жидкостей в области отрицательных давлений. 169
5.3. О возможности описания долговечности перегретой и растянутой жидкости с помощью кинетической теории прочности. 176
Глава 6. Некоторые вопросы динамики распада перегретой (растянутой) жидкости. 187
6.1. Введение. 187
6.2. Скорость роста пузырьков пара в перегретой растянутой жидкости. 188
6.2.1.Введение. 188
6.2.2. Расчет скорости роста пузырька в перегретой растянутой жидкости. 195
6.2.3. Экспериментальное исследование скорости роста пузырька в перегретой растянутой жидкости. 201
6.3. Процессы размножения пузырьков при распаде перегретой (растянутой) жидкости. 208
6.3.1. Распад струй перегретой воды. 209
6.3.2. Кавитационный распад жидкости в трубках Бертло. 211
6.3.3. Размножение кавитационных пузырьков при о ражении короткой волны давления от воздушных и паровых полостей. 215
Заключение 220
Литература 223
Введение к работе
Многие технологические процессы в энергетике, химической технологии, металлургии и т.д. связаны с фазовыми переходами жидкость-пар. Фазовому переходу жидкость-пар почти всегда предшествует метастабильное состояние. Глубина захода жидкости в метастабильную область зависит от интенсивности технологического процесса. При глубоком заходе в область метастабильного состояния последующий фазовый переход сопровождается значительным выделением энергии, что, зачастую, приводит к катастрофическим последствиям (паровому взрыву, кавитационному разрушению деталей оборудования и т. д.).
С другой стороны предварительный перегрев жидкости способствует интенсификации технологических (например, распыливание струй жидкости) и тепломассобменных процессов.
Для анализа процессов связанных со вскипанием перегретой или растянутой жидкости необходимы знания о возможной глубине захода в область метастабильного состояния и механизмах сильно неравновесного фазового перехода.
Исследования в этом направлении велись под руководством В.П. Скрипова с начала 60-х годов прошлого века. Накоплен громадный экспериментальный материал, сделан большой шаг в направлении понимания процессов, сопутствующих сильно перегретым состояниям. Достаточно только перечислить монографии, написанные В.П.Скриповым и его учениками[1-6].
Работа посвящена двум основным проблемам: во первых - предельному перегреву жидкостей при отрицательных давлениях в сравнении предельными перегревами жидкостей при положительных давлениях и теорией гомогенной нуклеации, во вторых - влиянию инициирующих вскипание факторов (реакция диссоциации, растворенный в жидкость газ и ионизирующее излучение при наличии первых двух или одного из них) на предельный перегрев и кинетику вскипания перегретых и растянутых жидкостей.
Первая проблема весьма актуальна в связи с широким распространением технологических процессов, в которых реализуются отрицательные давления в жидкости ( быстрые гидродинамические процессы, подводные взрывы, ультразвуковые технологии, в том числе в медицине) и отсутствием систематических исследований фазовых переходов жидкость-пар из состояния перегретой жидкости при отрицательных давлениях.
Второй комплекс проблем связан с первым, потому что в реальных условиях приходится иметь дело со сложными системами, где фазовый переход осложнен наличием в жидкой материнской фазе химических реакций, газообразных и других примесей, действия фонового излучения.
Не смотря на то, что основная цель работы - изучение начальной стадии фазового перехода жидкость-пар из состояния перегретой растянутой жидкости, в ней также сжато рассмотрены и сопутствующие проблемы: скорость роста зародышей новой фазы и размножение центров кипения на начальной стадии распада метастабильной жидкой фазы.
Для решения поставленных задач использовались оригинальные экспериментальные установки и методики. Всего в исследованиях было задействовано 4 разработанных автором экспериментальных установки, не считая их модификаций.
Представляемая здесь работа начиналась под руководством Скрипова В.П. и Синицына Е.Н., и впоследствии они проявляли к ней живой интерес. На разных этапах в работе принимали участие студенты физико-технического факультета Уральского политехнического института: Санников В.И., Котельников Н.А., Гиззатулина СВ., Ижгулов Д.З. и др. В проведении опытов со струями перегретой воды большую помощь автору оказал Кусков Г.В. Без помощи и поддержки П.А.Павлова и сотрудников лаборатории быстропротекающих процессов и физики кипения была бы невозможна постановка работы по импульсному растяжению и перегреву жидкостей.
