Кинетика гомогенного распада метастабильных фазовых состояний тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, доктор физико-математических наук Жувикина, Ирина Алексеевна

  • Жувикина, Ирина Алексеевна
  • доктор физико-математических наукдоктор физико-математических наук
  • 2006, Санкт-Петербург
  • Специальность ВАК РФ01.04.07
  • Количество страниц 267
Жувикина, Ирина Алексеевна. Кинетика гомогенного распада метастабильных фазовых состояний: дис. доктор физико-математических наук: 01.04.07 - Физика конденсированного состояния. Санкт-Петербург. 2006. 267 с.

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Жувикина, Ирина Алексеевна

Введение

ГЛАВА 1. Кинетика гомогенного распада пересыщенного газом раствора при произвольном режиме роста зарождающихся пузырьков

1. Работа образования пузырька и выбор переменных состояния пузырька

2. Поглощательно - испускательное и гидродинамическое пузырька с раствором

3. Двухмерное кинетическое уравнение вскипания раствора и иерархия времен развития двухмерного распределения околокритических пузырьков

4. Стационарный поток зародышей в закритическую область их размеров

5. Расчеты стационарной скорости гомогенного вскипания криогенных растворов

6. Рост закритических пузырьков при учете летучести растворителя

7. Эффект подвижки поверхности пузырька при его росте в газированном растворе 67 Таблицы к главе

ГЛАВА 2. Кинетика гомогенной конденсации в динамических условиях при произвольном режиме роста зародышей стабильной фазы

8. Идеальное пересыщение в динамических условиях и скорость роста закритических капель при произвольных числах Кнудсена

9. Система уравнений кинетики конденсации при произвольном режиме роста капель

10. Спектр размеров закритических капель

11. Конденсационный рост закритических капель в условиях роста идеального пересыщения

12. Конденсационный рост закритических капель в условиях стабилизации идеального пересыщения. Переход к мгновенному созданию пересыщения

13. Изменение длины пробега молекул пара и числа Кнудсена в процессе конденсации.

Рисунки к главе

ГЛАВА 3. Переконденсация в материально открытой системе при произвольных числах Кнудсена

14. Система уравнений кинетики переконденсации

15. Асимптотика по времени размера критического зародыша

16. Асимптотика по времени спектра размеров зародышей 174 Рисунки к главе

ГЛАВА 4. Вероятностно - статистический подход к учету истощения метастабильной фазы в кинетике гомогенной нуклеации при мгновенном создании метастабильности

17. Задача диффузии избыточного компонента в присутствие растущего зародыша стабильной фазы

18. Вероятностно-статистические характеристики процесса гомогенной нуклеации в присутствии растущего зародыша стабильной фазы. Приближение изотермичности.

19. Ограничения на область применимости вероятностно-статистического подхода к описанию стадии нуклеации в метастабильной системе

20. Оценки для полного числа зародышей и продолжительности стадии нуклеации. Сравнение с результатами в приближении однородности метастабильной фазы

Таблица и рисунки к главе

ГЛАВА 5. Вероятностно-статистические характеристики процесса гомогенной нуклеации в присутствии растущего зародыша метастабильной фазы. Учет эффектов выделения теплоты фазового перехода

21. Нестационарные поля концентрации пара и температуры в окрестности растущего зародыша

22. Баланс теплоты фазового перехода

23. Расчет температуры растущего зародыша

24. Вероятностно-статистические характеристики фазового перехода в присутствии тепловых эффектов 248 Таблицы и рисунки к главе 5 258 Заключение 265 Литература

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Физика конденсированного состояния», 01.04.07 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Кинетика гомогенного распада метастабильных фазовых состояний»

Релаксация метастабильных дисперсных систем является распространенным физико-химическим явлением. Многие технологии современного материаловедения, повышения эффективности жидкостно-газовых топлив, а также экспериментальное исследование физико-химических систем, в той или иной степени сопровождаются процессами распада метастабильных фазовых состояний. Последовательное описание фазовых переходов первого рода, протекающих в таких системах, является актуальной задачей современной физики конденсированного состояния. Важными при этом являются как прикладные моменты, так и чисто теоретические.

Настоящая работа является частью исследования процессов в метастабильных дисперсных системах, проводимых на кафедре статистической физики Санкт-Петербургского государственного университета.

В диссертации развивается теория, описывающая кинетику фазовых переходов первого рода в пересыщенных парогазовых смесях и в пересыщенных газом жидких растворах. Рассматривается весь процесс фазового перехода от формирования квазистационарного потока зародышей в область закритических размеров до образования макроскопических скоплений новой стабильной фазы в результате переконденсации. Фазовый переход первого рода может протекать гомогенно - в отсутствие центров зародышеобразова-ния, и гетерогенно - когда такие центры присутствуют и снижают энергетический порог перехода. В данной работе рассматривается случай гомогенного зародышеобразования при этом обмен молекулами между мегастабильной средой и растущими зародышами стабильной фазы может быть свободномо-лекулярньш, диффузионным или промежуточным между ними. В диссертации описывается возникновение и рост пузырьков избыточно растворенного в жидкости газа и капель жидкости в пересыщенной парогазовой среде.

Диссертация состоит из введения, пяти глав (двадцати четырех параграфов) и заключения, содержит 275 страниц текста, в том числе 11 таблиц,

Похожие диссертационные работы по специальности «Физика конденсированного состояния», 01.04.07 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Жувикина, Ирина Алексеевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение еще раз перечислим полученные в диссертации результаты, сформулировав их в виде списка положений, выносимых на защиту.

1. Построена кинетика гомогенного распада пересыщенного газом жидкого раствора при произвольном режиме роста пузырьков:

- найдены удобные переменные описания околокритических пузырьков, исследованы поглощательно - испускательное и гидродинамическое взаимодействия пузырька с раствором;

-сформулировано двухмерное уравнение эволюции околокритических пузырьков в пространстве удобных переменных их описания, выявлена иерархия кинетических времен задачи и на ее основе найдено аналитическое выражение для стационарной скорости вскипания газированного жидкого раствора, проведены расчеты этой скорости на примере криогенных растворов;

- показано, что летучесть растворителя приводит к тому, что движущей силой роста заметно закритических пузырьков является уже не само пересыщение растворенного в растворе газа, а величина, превышающая его на отношение давления насыщенного пара растворителя к давлению раствора.

2. Построена кинетика гомогенной конденсации в динамических условиях при произвольном режиме поглощения пара каплями:

- сформулирована замкнутая система кинетических уравнений для нахождения спектра размеров капель, методом сжимающих итераций найден этот спектр;

- количественно описано сложное, многостадийное развитие процесса конденсации и найдены размеры капель на всех стадиях процесса конденсации, а также времена продолжительности всех этих стадий вплоть до возникновения переконденсации.

3. При произвольных числах Кнудсена в материально открытой системе построена теория переконденсации капель в парогазовых смесях:

266

- сформулирована замкнутая система уравнений кинетики переконденсации капель;

- в аналитическом виде найдены главный и поправочный члены временных асимптотик критического размера и спектра размеров капель в зависимости от интенсивности внешнего потока вещества и характера спадания начального спектра размеров капель;

- показано, что действие внешнего источника молекул и медленное спадание начальное спектра размеров капель тормозят выход системы на универсальные асимптотики переконденсации.

4. Развит вероятностно-статистический подход к учету истощения метаста-бильной фазы, обеспечивающий баланс количества вещества и тепла в системе. Без учета и с учетом выделения теплоты фазового перехода найдены:

- нестационарные поля концентрации метастабильного компонента, температуры, относительной убыли пересыщения и скорости роста в окрестности растущего зародыша с учетом движения его поверхности;

- вероятностно-статистические характеристики процесса нуклеации.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Жувикина, Ирина Алексеевна, 2006 год

1. Куни Ф.М., Жувикина И.А. Теория гомогенного вскипания жидких растворов. 1. Кинетическое уравнение вскипания. // Коллоидн. журнал, 2002, т.64, №2, с.188-193.

2. Жувикина И.А., Куни Ф.М. Теория гомогенного вскипания жидких растворов. 2. Стационарная скорость вскипания // Коллоидн. журнал, 2002, т.64, №5, с.617-623.

3. Куни Ф.М., Жувикина И.А., Гринин А.П., Теория гомогенного вскипания жидких растворов. 3. Рост закритических пузырьков при учете летучести растворителя // Коллоидн. журнал, 2003, т.65, № 2, с.227- 231.

4. Гринин А.П., Куни Ф.М., Жувикина И.А. Вероятностно-статистические закономерности процесса гомогенного вскипания пересыщенных газом жидких растворов // Коллоидн. журнал, 2002, т.64, № 2, с. 769-774.

5. Гринин А.П., Жувикина И.А., Куни Ф.М. Вероятностно-статистический подход к учету истощения метастабильной фазы в кинетике гомогенной нуклеации в парогазовой среде при мгновенном создании пересыщения пара// Коллоидн. журнал, 2004, т.66, № 2, с. 317-325.

6. Grinin А.Р., Zhuvikina I.A., Kuni F.M., and Reiss. Role of the nearest-neighbor drops in the kinetics of homogeneous nucleation in a supersaturated vapor// Journ. Chem. Phys. 2004, v. 121, N 23, p. 12490.

7. Жувикина И.А., Куни Ф.М., Гринина E.A. Эффект подвижки поверхности пузырька при его росте в газированном растворе// Вестник СПбГУ. 2004, Сер. 4 (№ 3) с. 3-9

8. Жувикина И.А. Вероятностно-статистический подход к учету истощения метастабильной фазы в кинетике гомогенного вскипании пересыщенных газом жидких растворов// Вестник СПбГУ. 2004, Сер. 4 (№ 3), с.68-76.

9. Ю.Гринин А.П., Жувикина И.А., Гор Ю.Г. Нестационарное поле температуры парогазовой смеси в окрестности растущей капли. Баланс теплоты фазового перехода// Коллоидн. журнал. 2005, т.67, № 3, с. 295-302.

10. Жувикина И.А., Гор Г.Ю., Гринин А.П. Вероятностно-статистический подход к описанию гомогенной нуклеации в парогазовой среде. Эффекты теплоты фазового перехода// Коллоидн. журнал. 2005, т.67, № 5, с.782-789.

11. Жувикина (Смирнова) И.А. Поправочный член временной асимптотики критического размера на стадии переконденсации в материально открытой системе. // Вестник ЛГУ, сер.4., 1986, вып. 1, с. 92-95.

12. Мелихов A.A., Жувикина (Смирнова) И.А., Куни Ф.М. Кинетика нуклеации в условиях роста идеального пересыщения при произвольных числах Кнудсена// Вестник ЛГУ, сер.4., 1986, вып. 4, с. 13-19.

13. Grinin A.P., Zhuvikina I.A., Kuni F.M., Reiss H. Nearest-neighbor drop inhomogeneous nucleation in a supersaturated vapor// Nucleation andtiiatmospheric aerosols 2004: 16 Int'l Conf., ed. by M. Kasahara and M. Kulmala, p. 15-19.

14. Слезов В.В., Абызов А.С., Слезова Ж.В. Коллоидн. журнал, 2005 Slezov V.Y. // J. Coll. And Interfact Science. 2002. V.255. 274-292.

15. Курасов В.Б.//Вестник СПбГУ. Cep.4. 1999. вып.2 (№1). C.80-83.

16. Куни Ф.М., Огенко В.М., Ганюк JT.H., Гречко Л.Г.// Коллоидн. журнал. 1993, т.55, №2, с.22-27.

17. Дерягин Б.В., Прохоров A.B., Туницкий H.H. // ЖЭТФ, 1977, т. 73, С.831.

18. Дерягин Б.В.//ЖЭТФ, 1973, т.65, с.226.

19. Мелихов A.A., Куни Ф.М. // Коллоидн. журнал. 1990. т.52, №4,с.696.,

20. Kuperin Yu., Trofimov Yu., Omelijnchenko V. Instituto Física Nucleare: Preprint INFN 1559/9. June , 1989.

21. Русанов А.И., Куни Ф.М., Щекин А.К.// Коллоидн. журнал. 1987. т.49.2, с.309.

22. Куни Ф.М., Огенко В.М., Ганюк Л.Н., Гречко Л.Г.// Коллоидн. журнал. 1993, т.55, №2, с.28-33.

23. Лифщиц Е.М., Питаевский Л.П.// Физическая кинетика. М.: Наука, 1979, 527 с.

24. Лемб А. Гидродинамика. М.: Наука, 1976, 432 с.

25. Мелихов A.A., Трофимов Ю.В., Куни Ф.М. // Коллоидн. журнал. 1994, т.56, №2, с.201-204.

26. Куни Ф.М., Мелихов A.A.// Теорет и матем. Физика. 1989. т.81. №2. с.247.

27. Куни Ф.М., Мелихов A.A., Новожилова Т.Ю., Терентьев И.А.// Химич. физика. 1990, т.9. №10, с.1414-1426.

28. Куни Ф.М., Щекин А.К., Гринин А.П.// Коллоидн. журн. 2000, Т. 62, №2, с.191-198.

29. Фукс H.A. Испарение и рост капель в газообразной среде. М.: Изд-во АН СССР, 1958.

30. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. М.: Госэнергоиздат, 1963.

31. Ruckenstein Е.// Intern. J. Heat and Mass Transfer. 1967. v.lO.No 10. p.1785.

32. Williams M.M., Loyaka S.K. Aerosol Science. Theory and practice with special applications to nuclear industry. New York: Pergamon Press, 1991.

33. Widdr M.E., Titulaer U.M.// J.Stat.Phys. 1990. v.55. No 5/6. p.l 109.

34. Hubner G.F., Titulaer U.M. // J.Stat.Phys. 1991. v.59. No 1/2. p.441.

35. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. С.243.

36. Полянин А.Д., Вязьмин A.B., Журов А.И. Справочник по точным решениям уравнений тепло- и массопереноса. М.: Факториал, 1998.

37. Pesthy A.J., Flagan R.C., and Sienfeld J.H.// J. Coll. And Interfact Science. 1981. V.82. No2, 465-479.

38. Байдаков В.Г.// Теплофизика высоких температур. 1999, т.37, №4, с. 595.

39. Baidakov V.G.// Journ. Chem. Phys. 1999, y.l 10, N8, p.3955.

40. Lager J.S.//Ann. Phys. 1969, v.54, p.258.

41. Бренер E.A., Марченко B.M., Мешков С.В.//ЖЭТФ. 1983, т.85, № 6(12), 2107.

42. Дерягин Б.В., Прохоров A.B.// Коллоидн. журнал, 1982, т.44, №5, с.847-862.

43. Байдаков В.Г./ Перегрев криогенных жидкостей. Екатеринбург, 1995.

44. Френекель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. М.: Наука, 1975.

45. Физические величины: Справочник/ Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энергоатомиздат., 1991. Справочник химика. Т.1-3. / Под. ред. Никольского Б.П., Григорова О.Н., Позина М.Е., и др. 2-е изд. JI.-M.: ГНТИ химич. лит-ры, 1963.

46. Молекулярные постоянные неорганических соединений. Справочник/ Под ред. Краснова К.С. Л.: Химия, 1979.

47. Мелихов A.A., Куни Ф.М. Кинетика нуклеации при произвольных числах Кнудсена / Препринт ИТФ-83-81Р. Киев 1983, 20 с.

48. Kuni F.M. The kinetics of the condensation under the dynamical conditions/ Preprint ITP-84-178E. Kiev, 1984. 65p.

49. Трофимов Ю.В., Мелихов A.A., Куни Ф.М. //Коллоиды, журнал. 1994, т.56, №2, с.246-250.

50. Ю.В. Трофимов, A.A. Мелихов, Ф.М. Куни. // Коллоидн. журн. 1994, Т. 56, №2, с.241-245.

51. Мелихов A.A., Трофимов Ю.В., Куни Ф.М. // Коллоидн. журн. 1994, Т. 56, №2, с.205-209.

52. Трофимов Ю.В., Мелихов А. А., Куни Ф.М. // Коллоидн. журн. 1994, Т. 56, №2, с.235-240.

53. Куни Ф.М., Трофимов Ю.В., Мелихов А. А. // Коллоидн. Журн. 1994, Т. 56, №2, с.182-186.

54. Куни Ф.М., Мелихов A.A., Трофимов Ю.В. // Коллоидн. журн. 1994, Т. 56, №2, с. 187-192.

55. Мелихов A.A., Куни Ф.М.//Коллоидн. журн. 1985, Т. 47, №1, с.77-85.

56. J.C.Maxwell. Collected Scientific Papers, Cambridge, II, 625 (1890). 65.1. Langmuir. Journ. Amer. Chem. Soc., 1915, v.37, p.426.

57. K.Schafer. Z.Physik, 1932, v.77, s.198.

58. H. Фукс. ЖЭТФ, 1934, т.4, вып. 7

59. J. Stefan. Wien Ber., 1881, v.83, p.943.

60. L.Facy. Ach. Meteor. Geophys. Biokhim, 1955, v.8A, p.229.

61. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами. Под. ред. М. Абрамовича и И.Стиган. Пер.с англ. под ред. В.А. Диткина и JI.H. Кармазиной, М.: Наука, гл.ред. физ.-мат. лит-ры, 1976, 832 с.

62. Ландау Л.Д., Лифшиц И.М. Статфизика. ч.1. М.: Наука, 1976, 584 с.

63. Лифшиц И.М., Слезов В.В. // ЖЭТФ. 1958, т.35, № 2, с. 479.

64. Туницкий П.П.// Журн. физ. хим., 1941, т.15, № 10, с. 106.

65. Тодэс О.М. // Проблемы кинетики и катализа. 1949, вып. 7, с. 91.

66. Куни Ф.М., Гринин А.П. П Коллоидн. журнал, 1984, т.46, № 1, с. 460465.

67. Куни Ф.М.// Проблемы теоретической физики. Вып. 3, Л.: Изд-во ЛГУ, 1988, с. 192.

68. Лифшиц И.М., Слезов В.В.// ФТТ, 1959, т.1, вып.9, с.1401-1411.

69. Lifshitz I.M., Slezov V.V.// J.Chem Solids, 1961, vl9, N1/2, p.35-50.

70. Wagner C. // Z. Electrochem., 1961, Bd. 65, Nr 7/9.

71. Кабанов A.C.// Изв. АН СССР, ФАО, т. 16, №2, с. 172.

72. Слезов В.В., Тихонов Е.Ф. О кинетике распада пересыщеных многокомпонентных твердых растворов., препринт ХФТИ 82-22, Харьков, 8с.

73. Кукушкин С.А., Осипов A.B. // ЖЭТФ, 1998, т. 113, вып. 6, с. 21932208.

74. Караченцев A.B. Статистика нуклеации после мгновенного создания пересыщения пара. Автореферат дисс. на соиск. уч. Степени канд. физ.-мат. наук, СПб, 2001.

75. Гринин А.П., Караченцев A.B. // Вестн. СПбГУ. Сер. 4. 2001. Вып.1 (№4). С. 102-106.

76. Wakeshima H.// Journ. Phys. Soc. Japan. 1954, v. 9, N 3, p, 400.

77. Слезов B.B., Шмельтцер И.// Физ. твердого тела. 2001, т. 43, № 6, с. 110.

78. Pesthy A.J., Flagan R.C., and Seinfeld J.H.// Journ. Colloid. Interface Sei. 1981, v. 82, p.465-479.

79. Pesthy A.J., Flagan R.C., and Seinfeld J.H.// Journ. Colloid. Interface Sei. 1983, v. 91, p.525-542.

80. Куни Ф.М., Гринина E.A., Щекин A.K.// Коллоидн. журнал, 2003, т.65, №6, с. 809-813.

81. Grinin А.Р., Kuni F.M., Djikaev Y.SM Journ. Chem. Phys. 2004, v.120, p.1846.

82. Grinin A.P., Schcekin A.K., Kuni F.M., Reiss H., and Grinina E.A.// Journ. Chem. Phys. 2004, v.121, N 1, p.387.

83. Reiss H., and La Mer, V.K. // J. Chem. Phys. 1950. v.18. p.l.

84. Reiss H.// J. Chem. Phys. 1950. v. 18. p.l.

85. Goodrich F.C. //J. Chem. Phys. 1966. v.70. p.3660.

86. Мелихов A.A., Куни Ф.М. // Коллоидн. журнал. 1985, т. 47, № 1, с.77.

87. Luchak G., Lagstoth G.O.// Can. Journ. Res. 1950, v. 20, sec. A, p. 574-586.

88. Фукс H.A. Испарение и рост капель в газообразной среде/ М., 1958.

89. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1988, 737 с.

90. Куни Ф.М. // Коллоидн. журнал. 1985, т.47, № 1, с. 39.

91. Куни Ф.М. // Коллоидн. журнал. 1985, т.47, № 3, с. 497.

92. Куни Ф.М. // Коллоидн. журнал. 1985, т.47, № 4, с. 698.

93. Куни Ф.М. И Коллоидн. журнал. 1985, т.47, № 2, с. 284.

94. Куни Ф.М. Неизотермические эффекты конденсации.// Препринт ИТФ-83-79Р, К., 1983, 26 с.

95. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей/ Л.: Химия, 1982.

96. Стэлл Д.Р. Таблицы давления паров индивидуальных веществ / М.: Изд-во иностранной литературы, 1949.

97. Термические константы веществ. Справочник / Под ред. Глушко В.П. М.: Изд-во ВИНИТИ СССР. Вып. I IX, 1965-1982.

98. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник / Л.: Химия, 1978.

99. Куни Ф.М. // Коллоидн. журнал, 1984, т. 46, № 4, с. 682.

100. Туницкий H.H.//Журн. Физ. Химии. 1941. т 15. №10. С.1061.

101. Тодес О.М. // Проблемы кинетики и катализа. 1949. №7, с.91.275

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.