Введение к работе
Актуальность проблемы. Процессы тепло-массообмена при наличии фазовых превращений широко используется в промышленности, в химической технологии, в физике атмосферы. Высокоинтенсивные процессы с фазовыми превращениями практически всегда проходят с участием гомогенного образования зародышей новой фазы (нуклеации). Феноменологическая теория нуклеации , плохо описывает неклассические случаи, так крг кинетика нуклеации, как правило, представляет собой флуктуационный процесс - броуновское блуждание в пространстве размеров зародыша новой фазы.
Цель работы- исследование процессов переноса и флуктуации при образовании кластеров новой фазы методами неравновесной статистической термодинамики. Применение методов неравновесной статистической термодинамики позволяет получить математические модели кинетики нуклеации. Для кинетических коэффициентов найдено представление в форме Грина-Кубо. Полученные математические модели (представляющие собой системы дифференциальных уравнений эволюционного типа) ис'следо ваш в работе различными методами, включая численные.
Научная новизна, работы:
разработан общий метод вывода уравнений, описывающих кинетику нуклеации в метастабильных парогазовых смесях;
впервые теоретически исследованы неизотермическая кинетика нуклеации, кинетика нуклеации с неравновесным состоянием внутренних степеый свободы ;
выведены критерии применимости изотермической классической теории НуклеаЦИИ, развитой В трудах Becker R.,Dering W. ,ФреНКЄЛЯ Я-И. .Зельдовича Я.Б.
разработан метод вывода уравнений, описывающих неизотермическую кинетику нуклеации при высоких давлениях газа-балласта, когда число Кнудсена Kn -х /r.< і в приближении функции распеределения зародышей новой фазы по числу молекул и энергии зародышаг (д,Е) ;
найдена скорость стационарной нуклеации при кп <і,
получено аппроксимационное выражение для скорости нуклеации во всем диапазоне чисел Кнудсена, совпадающее в свободномолекулярном режиме с классическим решением и с решением найдений., в работе для
случая Kn = л /r_ < і ,
проведен статистический вывод уравнений кинетики бинарной изотермической нуклеации;
найдено автомодельное решение кинетического уравнения бинарной нуклеации; разработан алгоритм численного исследования двумерного кинетического, уравнения бинарной нуклеации и проведены численные расчеты , выявлены границы применимости автомодельного решения;
предложен метод получения уравнений , описывающих эволюцию макроскопических капель на основе уравнений кинетики нуклеации;
разработана математическая модель роста и движения частиц новой фазы , образующихся в результате нуклеации в термодиффузионной камере;
предложен и обоснован корректный метод интерпретации экспериментальных результатов , полученных.в термодиффузионной камере, проведено сравнение с экспериментальными данными;-'
методами статистической термодинамики выведены уравнения кинетики нуклеации в парогазовых системах с большими градиентами термодинамических величин, учитывающее форетические процессы и броуновское блуждание;
- выдвинуто положение о новом характере кинетики нуклеации
(дрейфовом) в парогазовых системах с большими градиентами термоди
намических величин;
- выявлены границы применимости классической кинетики нуклеации
при описании нуклеации в парогазовых системах с большими градиен
тами термодинамических величин,
На защиту выдвигаются все вышеперечисленные положения, обеспечивающие научную новизну работы.
Практическая ценность работы. Полученные в работе конкретные результаты могут использоваться для расчета тепло-массообмена в технологических и природных системах с участием процессов образования и роста частиц новой фазы. Важную роль могут играть выве денные в работе критерии применимости классической теории нуклеации. Статистическая теория кинетики фазовых переходов первого рода , развитая в диссертации может использоваться в университетских курсах статистической термодинамики, химической и физической кине-
тики, физической газодинамики,молекулярной физики и теплофизики , физики атмосферы.
Аппробация работы: Основные результаты представленные в диссертации докладывались на следующих семинарах и конференциях:
Международная школа -семинар" Физическая кинетика и математи
ЧЄСКИЄ Метода В Теории Переноса" (МїШСК-1977), 12th International Sympozium on Rarefied gas dynamics (New York-1980), 14 Всесоюзной
конференции " Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем "(Одесса -1986), 25 Сибирском теплофизическом семинаре ( Новоси бирск-1987), Всесоюзной конференции по кинетической теории и механике неоднородных сред ( Ленинград -1987), 9 Всесоюзной конфе ренцт. по динамике разреженных газов(Свердловск- 1987), 5 Все союзной конференции " Аэрозоли и их применение в народном хозяй стве" ( Юрмала-1987), 4 Всесоюзной конференции " Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах" (Москва-1988),7 и в Всесоюзной конференции по методам получения и анализа высокочистых ВеЩеСТВ (ГорЬКИЙ -1985 ,1988), 2 ВСЄС0ЮЗН0Й КОНфЄрЄНЦИИ
"Метастабильные фазовые состояния" ( Свердловск-1989), ю Всесоюзной конференции по динамике разрежен ных газов (Москва-1989), is Всесоюзной конференции " Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем "(Одесса -1989), всесоюзном семинаре " Кинетическая теория процессов переноса при испарении и конденсации" ( Минск-і99і),
Intern, seminar "Nonequilibrium processes in gases and low temperature plasma" (МИНСК-1992), In tern, seminar " Phoretic phenomena" (Pragma -1993), на семинарах в Институте теплофизики УрО РАН, Институте теоретической физики АН Украины, Физико-техническом институте низких температур АН Укра ины, Институте физики АНБ, БТИ, Институте теоретических основ химических процессов АН Чехии.
Публикация результатов, одержание диссертации нашло отражение в трудах конференций указанных выше, а также в работах/і-гз/.
Структура и обьем работы предопределена изложенными выше целью работы и методикой работы. Диссертация состоит из введения и 4-х глав, в каждой из которых реализуется один из этапов поставленной цели работы, . Всего диссертация содержит /Д-?стр., 5 таблиц, 21
рисунок, библиографию из ю5 наименований.