Введение к работе
Актуальность двссертацвн. Вопросы, связанные с интенсивным поверхностным испарением год воздействием мощных потоков энергии, предстаатают болыпог интерес и являются объектом многочисленных исследований. Их теоретическое изучение во многом обусловлено необходимостью описания таких современных технологических процессов, как термическая обработка и сушка материалов, сварка деталей, вакуумные технологии (получоЕиз тонкоплекочных структур в высоком вакууме, формирование интегральных микросхем путем испарэния части проводящего материала и т. д.). лазерная и электронно-лучевая обработка материалов (резка, отжиг).
Кроме того, вслед за созданием в 1961 году первых лазеров на рубине, широкое распространение получили новые методы бесконтактного измерения параметров среды, зондирования атмосферы, определения химического состава аэрозольных веществ в конденсированной фазе. При этом для увеличения чувствительности и дальности зондирования применяют лазерные источники большой мощности. Воздействие высокоинтенсивкого излучения на аэрозоль приводит к сильному .испарению с поверхности частиц и нарушению локального физико-химического равновесного состояния ряда атмосферных газов. В результате этого может существенно исказиться результат измерения различных характеристик, например концентраций газовых компонент.'
Для корректного описания указанных процессов требуется, в частности, * решить задачу о разлете испаренного вещества какого-либо материалз в окружашее пространство. Такой разлет
описывается уравнениями газовой динамики. Определенна граничных условий к этил уравнениям, как известно, представляет собой самостоятельную задачу. Это связано с тем, что вблизи поверхности испарения существует область размером порядка длины свободного пробега молекул, так называемый слой ІСнудсена, в котором газодинамическое описание течения становится несостоятельным. Существование такого слоя обусловлено неравновесным характером испарения, приводящим к сильной анизотропии функции распределения молекул вблизи границы раздела фаз. Для получения соответствующих граничных условий к уравнениям газодинамики необходимо исследовать течение в самом кнудсеновоком слоэ. Последовательное решенио такого рода задачи возможно только на основе ее описания с помощью кинетического уравнения Больпмана.
В случае сильного испарения, когда скорость испаряющегося вещества порядка скорости звука, задача носит существенно нелинейный характер и ее решение представляет значительные трудности.
Целью настоящей работы является получение газодинамических граничных условий при интенсивном испарении газа или газовых смесей с плоской поверхности в собственный пар или с поверхности малой кривизны в вакуум.
Для достижения намеченной цели необходимо описать поведение газа вблизи испаряемой поверхности с учетом влияния кинетических . граничных' условий на протекание процесса интенсивного испарения.
Степень обоснованности результатов. Все положения и~ выводы диссертации научно обоснованы. Достоверность
результатов обеспечивается выбором реальных физических моделей и использованием надежного математического аппарзтз. В случае предельного перехода от многокомпонентного газа к простому подученные результаты совпадают с ранее известными решениями для простого газа.
Кроме того, свидетельством достоверное полученных результатов является хорошее согласие с численными расчетами других авторов и имеющимися экспериментальными данными.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые проведен учет совместного влияния коэффициентов
испарения и -аккомодации молекул на граничные условия при
интенсивном испарении с плоской поверхности в пар собственного
вещества. .
-
Впервые получены граничные условия для интенсивного ^испарения с плоской поверхности з собственный пар, представляющий собой бинарную газовую смесь.
-
Впервые получено аналитическое решение задачи об интенсивном испарении с плоской поверхности, дающее правильное предельное значение числа Маха.
4. Такие впервые получены граничные условия дія интенсивного
испарения в вакуум со сферической поверхности малой кривизны.
Научная и практическая ценность заключался в том, что полученные граничные условия могут быть использованы для решения разнообразных задач газовой динамики, связанных с практическим ' использованием лазеров (или других мощных источников энергии) в современных технологических процессах. Полученные 'граничные условия должны найти свое применение также Тз практических задачах передачи и концентрации энергии в
-втмосфэре ив задачах котроля аэрозольной составляющей
' атмосферы. ~"
Апробация работы и публикации. Результаты расчетов и 'наиболее существенные вывода выполнены исследований докладывались и обсуздзлись ва XV Всесоюзной конференции: Актуальные вопросы физики аэродисшрсных систем (г. Одесса, 1989), на Областной конференции молодых учзных (г. Ярославль, 1Я90), на ежегодных научных конференциях и теоретических семинарах в МОПИ им. Н.К.Крупской (г. Москва, 1989-1991). .
По результатам диссертационной работы опубликовано 7 работ, список которых приведен в конце автореферата. .
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения