Интенсификация теплоотдачи в процессе конденсацииво внешнем потенциальном поле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

РГБ ОД

- 3 МДЙ 2303

На правах рукописи Коровкин Владимир Павлович

УДК 536.423.4

Интенсификация теплоотдачи в процессе конденсации во внешнем потенциальном поле

Специальность 010414 «Теплофизика и молекулярная физика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

На правах рукописи

Коровкин Владимир Павлович

УДК 536.423.4

Интенсификация теплоотдачи в процессе конденсации во внешнем потенциальном поле

Специальность 010414 «Теплофизика и молекулярная физика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Работа выполнена в Норильском индустриальном институте

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, профессор

Станкус С.]

доктор физ.-мат. наук, профессор

Мартинец ]

доктор техн. наук, профессор

Дорохов А.

Ведущая организация:

Институт теплофизики УрО РАН (г. Екатеринбург)

Защита состоится « Л $ » О И/илЛ^ 2000 г.

на заседании диссертационного совета Д 002.65.01 по присуждению уче степени доктора наук в Институте теплофизики СО РАН (630090, Новосиби] пр. Академика Лаврентьева, 1)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики С РАН

Автореферат разослан «

/Г

2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Н°Т'

Р.Г.Шарафутдинов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

В энергетике, радиоэлектронике, лазерной и рентгеновской технике альной является проблема создания компактных и эффективных опередающих устройств. Среди способов обеспечения тепловых режимов рительно-конденсационные системы занимают особое место, поскольку оляют не только передавать значительные тепловые потоки, но также 1ествлять управление ими. Различие в интенсивности теплоотдачи в зонах конденсации и испарения систем требует увеличения габаритов зоны конденсации этих устройств, интенсивность теплоотдачи оказывается ниже, чем в зоне испарения. 5енно ощутимо проявляется ограниченность теплоотдачи в случае льзования органического теплоносителя, что делает проблематичным :ние задачи компактности устройства в целом.

Изучение успехов в области теплообмена с фазовыми превращениями, игнутых за последние 30 лет, свидетельствует, что за эти годы в данной ста сложилось новое направление, именуемое интенсификацией оотдачи.

Показано, что рядом несложных технических приемов каждый из ггных методов позволяет добиться увеличения плотности теплового ка, например, в процессе конденсации, где ее значение оказывается ниже, в процессе испарения. При этом рекордно высокой интенсификации есса конденсации можно добиться, используя электрические поля, которые эляют увеличивать интенсивность теплоотдачи в десять и более раз. Анализ известных закономерностей эффекта интенсификации швает, что все они в настоящее время не могут быть охвачены в рамках именных представлений теории конденсации. Это обстоятельство привело юявлению работ, связывающих обнаруживаемые эффекты со ифическими особенностями электрического поля. Однако установленные

з

закономерности явно указывают на проявление дополнительного механизм: конденсации, капиллярной природы.

В настоящей работе предпринята попытка установить общносп механизмов воздействия потенциальных полей на состояние двухфазно! системы и на процесс конденсации на примере электрических полей и поле! вандерваальсовых сил, возникающих в зонах контакта границ раздела жидкосп и твердого тела именуемого в дальнейшем капиллярным деформатором.

Анализ эффекта интенсификации, порождаемого воздействием внешней электрического поля, указывает, что в основе рекордно высокого значенш величины интенсификации заложено проявление новых физически) механизмов, не учитываемых в рамках традиционной нуссельтовской модел! конденсации. В частности, более общее представление о механизме фазовоп перехода в двухфазной системе дает направление предложенное Сычевым В.В и получившее наименование объемно-поверхностного механизма позволяющего не только учитывать калорические эффекты, связанные с образованием новой фазы, но также учитывать тепловые эффекты, связанные ( увеличением площади границы раздела, наблюдаемое при воздействие внешних потенциальных полей на двухфазную систему.

В рамках объемно-поверхностного механизма фазового переход; допускается возможность сосуществования фаз при различных давлениях однако до настоящего времени, только лапласовское давление и упругш свойства границы раздела рассмотрены в теории как единственный фактор обеспечивающий механическое равновесие границы раздела.

По крайней мере, два дополнительных фактора, обеспечивающие механическое равновесие границы раздела, на которые указывал Сычев В.В., • внутренние давления и внешние поля до настоящего времени так и не бьш проанализированы достаточно полно.

Поэтому разработка теоретического подхода, позволяющего учшыват! капиллярные эффекты в двухфазной системе на базе объемно-поверхностногс

цставления о механизме фазового перехода представляют собой сальную проблему.

Целью работы является исследование закономерностей механизма гнсификации теплоотдачи в процессе конденсации, обусловленной ормацией границы раздела в присутствии внешнего потенциального поля; гение аналогии эффекта интенсификации в процессе конденсации; тедование эффекта капиллярного смещения фазового равновесия и )аботка основ теории процессов теплопереноса в процессе конденсации в сутствии внешнего потенциального поля.

Методы исследований. Для решения проблемы, определяемой целями гоящей работы, был разработан комплексный подход, основанный на эльзовании соответствующих экспериментальных и теоретических методик, ¡оретическом плане использован разработанный Сычевым В.В. и Русановым . метод анализа состояния термодинамического равновесия двухфазной емы с объемно-поверхностным механизмом фазового перехода. Известный <од был дополнен анализом вклада внутреннего давления модельной и [ьной двухфазной системы, на основе которой была разработана инальная экспериментальная методика измерения капиллярной авляющей теплоты фазового перехода.

Власти теоретических исследований, была усовершенствованна методика 1иза деформации границы раздела, предложенная Ландау Л.Д., ленительно к конечному значению величины деформации. С помощью денного уравнения была проанализирована величина теплоты фазового хода двухфазной системы, граница раздела которой подвержена влиянию инего потенциального поля. Полученные соотношения были проверены ериментально и достигнуто хорошее соответствие.

В экспериментальном плане разработана и использована методика овизионного термографирования границы раздела двухфазной системы в !сссе деформации во внешнем потенциальном поле. Результаты измерений ставлены с результатами расчета эффекта смещения фазового равновесия и

экспериментально измеренных на капиллярных ячейках. Предложена и использована методика определения количества образовавшегося конденсата в процессе конденсации в двухфазной системе жидкость-пар во внешнем электрическом поле.

Разработана методика моделирования эффекта влияния капельных потоков на интенсивность теплоотдачи в процессе конденсации при воздействии внешнего электрического доля.

Достоверность и обоснованность результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается оценкой величины ошибок измерений, подбором соответствующего приборного и измерительного оборудования, применением методик измерений, обеспечивающих заданную точность, сравнением результатов измерений с экспериментальными и теоретическими данными других авторов, постановкой специальных тарировочных и калибровочных экспериментов. Достоверность теоретических выводов подтверждена также анализом асимптотических случаев, дающих результаты, известные в классической теории.

Реализация экспериментальных и теоретических методик, применяемых в настоящей работе, стала возможной благодаря известным достижениям в области радиационной пирометрии, компьютерного моделирования капиллярных процессов в двухфазных системах и прикладных разделов теории электрических полей.

На защиту выносят:

1. Обоснование выбора методики измерения калорического вклада капельных потоков в процессе конденсации в присутствии электрического поля;

2. Результаты исследования и теорегичебские обобщения по определению изменения расхода конденсированной фазы в результате интенсифицирующего воздействия со стороны внешнего потенциального поля;

Результаты определения капиллярной составляющей теплового потока в двухфазной системе в процессе конденсации во внешнем потенциальном поле;

Методика и результаты тепловизионного термографирования границы раздела деформации во внешнем потенциальном поле; Вариационная форма уравнения деформации границы раздела и ее термо-и гидродинамические следствия.

Научная новизна работы определяется следующими результатами, ученными впервые:

Тредложена новая трактовка явления интенсификации теплоотдачи при юнденсации в присутствии внешнего потенциального поля, основанная на федставлениях об объемно-поверхностном механизме фазового перехода в (вухфазной системе;

Изучены особенности эффекта капиллярного смещения фазового равновесия ; двухфазной системе жидкость-пар в присутствии потенциального поля; Остановлено и исследовано свойство капиллярной аналогии в двухфазных истемах при внешних силовых воздействиях на границу раздела; ¡ыявлена роль внешнего потенциального поля в определении формы и стойчивости границы раздела в двухфазной системе с объемно-юверхностными фазовыми переходами;

'азработана и апробирована тепловизионная методика измерения емпература границы раздела в процессе ее деформации, в присутствии нешнего потенциального поля;

'азработана и апробирована методика определения капиллярной оставляющей плотности теплового потока в процессе конденсации во нешнем потенциальном поле;

[зучена взаимосвязь между калорическими и термическими арактеристиками процесса формирования границы раздела в отенциальном поле, разработаны методики расчета этих характеристик;

- Получено уравнение деформации границы раздела, устанавливают^« взаимосвязь термических и калорических характеристик границы раздела от ее положения в пространстве эквипотенциальных поверхностей. Практическая ценность. Результаты проведенного исследования являют« основой для разработки практических методик расчета, конструирования i выбора режима работы ЭГД-испарителыю-конденсационных систем термостатов, тепловых аккумуляторов и тепловых насосов. Предложении« технические решения и конструкции защищены 22 авторскими свидетельствами и 1 патентом РФ. Результаты работы использованы в научно-исследовательской практике Института прикладной физики АН РМ, в курс< лекций Норильского индустриального института.

Апробация. Основные результаты работы были доложены и обсуждень на Всесоюзной конференции «Теплофизика и гидрогазодинамика процесса кипения и конденсации» (Рига, 1988), V и VI Всесоюзном совещании пс электрической обработке материалов (Кишинев 1985, 1990), XIV Всесоюзно{ конференции «Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем» (Одесса 1986), научно-теоретической конференции «Некоторые актуальные проблемь создания и эксплуатации турбинного оборудования» (Свердловск, 1986) выездном заседании подсекции «Тепловые трубы» секции Научного Совета AI; СССР по проблеме «Теплофизика и теплоэнергетика» (Одесса, 1987) Республиканских конференциях «Молодежь, наука, производство» (Кишинев, 1985, 1987, 1988), II Всесоюзном семинаре - совещании п< электрогидродинамике жидких диэлектриков (Ленинград, 1991), II национальной конференции по термотехнике (Клужна-Пока, 1995), Международном конгрессе «Material Science Engineering» (Яссы, 1994), Национальная Российская конференция по теплообмену (Красногорск, 1994) на расширенном заседании кафедры «Теоретической электротехники i электроснабжения» Норильского индустриального института (1997), н; кафедре Теплогазоснабжения Томского государственного строительной университета (1998), на научных семинарах Отдела термодинамики веществ i

гзлучений и Отдела физической гидродинамики Института теплофизики СО »АН (1998, 1999).

По материалам диссертации опубликована 51 печатная работа, в том [исле 22 авторских свидетельства, одна монография и два учебно-1етодических пособия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, аключения и списка литературы. Общий объем работы 320 стр., в том числе 76 1Исунков, и список литературы - 142 наименования.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность проблемы, сложившейся в области юделирования капиллярных явлений в двухфазных системах жидкость-пар ри воздействии на нее внешнего потенциального поля.

В первой главе представлен анализ основных достижений в области ксперименталъного и теоретического исследования эффектов интенсификации процессе конденсации, наблюдаемых в присутствии внешнего электрического оля. Усилиями различных исследователей на протяжении последних 30 лет оисков созданы, по крайней мере, два основных направления трактующих бнаруживаемые экспериментально явления в присутствии внешних полей, как позиции классических представлений теории конденсации, так и в попытке айти новые нетрадиционные подходы, к разряду которых относятся и апиллярные явления.

В области традиционных представлений можно утверждать, что рактически все традиционные методы, предусмотренные классической ;орией конденсации, были апробированы на пути, найти непротиворечивое и аиболее общее толкование, обнаруживаемого экспериментально эффекта, сключение составляют, по-видимому, только капиллярные процессы, на эторые указывали и раньше, как на возможную причину интенсификации, гщако глубокого анализа проведено не было. Нетрудно также заметить, что с грвых работ в этой области стали преобладать подходы квазикапиллярного фактера, где анализ капиллярных процессов заменяется анализом

устойчивости границы раздела при действии на нее, с одной стороны, возмущения обусловленного наличием поля, а с другой - стабилизирующим фактором поверхностного натяжения. В основе указанных подходов лежш известный анализ устойчивости границы раздела Френкеля И .Я., развитый, в последствии, J. Melcher и его школой.

Вместе с тем, начиная с первых работ, в области изучения эффекта интенсификации при воздействии внешнего электрического поля, были установлены ряд закономерностей, которые очевидно, не укладывались в рамках традиционных представлений теории конденсации и методическому анализу подвергнуты не были. Здесь прежде всего следует указать на эффект капиллярного смещения фазового равновесия, исследуемый в данной работе, результатом которого являются зависимость теплопередающих характеристик процесса конденсации от температуры насыщения пара, а также возможность передачи одной и той же плотности теплового потока при значительно меньших разностях температур между паром и охлаждаемой стенкой в присутствии внешнего потенциального поля.

То обстоятельство, что именно в электрических полях указанные эффекты проявляются наиболее существенным образом, позволило некоторым исследователям отнести их к разряду специфических, обусловленных исключительно электрофизическими свойствами двухфазной системы. Вместе с тем, исследования по конденсации, проведенные Гогониным И.И. и Кабовым O.A., на оребренных и профилированных структурах указывают на возможность обнаружения эффектов подобного рода также и в тех ситуациях, когда форма границы раздела отличается от классической, хотя величина этих эффектов может быть и менее значительная, чем при использовании электрического поля.

В литературном обзоре также приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований свидетельствующие, что применяемые п рассматриваемых экспериментах электрические поля, так же, как и капиллярные взаимодействия, возникающие на границе раздела в результате

мачивания относятся к разряду слабых взаимодействий, не влияющих аметным образом на характер межмолекулярного взаимодействия, таким >бразом, коллективные электро- и теплофизические свойства объемных фаз (вухфазной системы сохраняются, по крайней мере, в режимах, где влиянием ффектов электрической проводимости можно пренебречь.

Явление интенсификации теплоотдачи при конденсации в присутствии нешнего электрического поля сопровождается также возникновением потока :апель в межэлектродном пространстве, интенсивность которых, а также 1азмер отдельных капель, увеличивается по мере увеличения напряженности нешнего поля.

Относительно их природы среди исследователей сложилось две рактовки. Согласно более ранним исследованиям отмечалось, что озникающие капельные потоки являются следствием гидродинамической естабилизации и последующего разрушения конденсатной пленки, следствием его является наблюдаемый эффект интенсификации.

Согласно другой трактовке, образование капельных потоков является езультатом объемной конденсации, возникающей во впадинах волновой фуктуры, образуемой воздействием внешнего поля. В пользу этой трактовки казывали также и энергетические затраты со стороны поля, оценки которых редставлены в работе. Здесь следует также упомянуть результаты кспериментов 1.УаЬе, Т.Мот показавших, что даже при полном удалении онденсатной пленки с поверхности конденсации, степень интенсификации стается конечной величиной, в то же время как при увеличении апряженности электрического поля этот показатель неограниченно возрастает.

Однако более глубокая проверка данной гипотезы, как в прочем и анализ влений отмеченных выше, требует дополнения классических представлений ;ории конденсации, путем включения в нее капиллярных механизмов, зязанных с формированием границы раздела данной формы.

Вполне естественным образом, указанные дополнения могут быть (сланы путем использования прикладных результатов в теории

и

капиллярности, развитой в работах Сычева В.В., включив в них необходимые дополнения, связанные с использованием внешних полей потенциальной природы.

Следуя Сычеву В.В., заметим, что в термодинамике двухфазных систем сложились два представления о механизме фазового перехода, именуемые объемным и объемно-поверхностным соответственно.

В отличие от объемного, традиционного для классической теории конденсации, объемно-поверхностный механизм фазового перехода предполагает возможность осуществления фазового перехода по схеме фаза1 -граница раздела - фаза2, причем каждый из фрагментов этой схемы обладает собственным калорическим эффектом.

Поэтому в одном из асимптотических пределов такого механизма допустим процесс, когда убыль объема одной из фаз, полностью будет израсходована на приращение площади границы раздела, в то время как объем другой фазы сохранится постоянным.

Процессы такого рода в работе называются капиллярными и являются полностью аналогичными эффекту адсорбции, описанному Русановым, потому что, так же, как и в классической теории капиллярности, предполагается, что граница раздела не имеет ни объема, ни массы.

Только благодаря использованию этого подхода к анализу состояния двухфазной системы удается сделать различимыми новые состояния, которые наблюдаются при воздействии на двухфазную систему внешнего потенциального поля и, согласно Русанову, определить как дополнительную степень свободы двухфазной системы.

Вместе с тем, известные в литературе оценки согласно этой теории показывают, что даже в самых выгодных для капиллярных эффектов условиях их вклад в калорические термические свойства двухфазной системы не может превышать 2%. Таким образом, в нашем случае мы лишены возможности воспользоваться известными результатами теории в полной мере, так как

бнаруживаемые экспериментально эффекты, очевидно, относящиеся к апиллярным, оказываются не ниже 10%.

Поэтому разработка методической концепции настоящего исследования отребовала развития традиционных представлений об объемно-поверхностном [еханизме фазового перехода в двухфазной системе в присутствии внешнего отенциалыюго поля.

Предположение о том, что фазовый переход в двухфазной системе существляется по объемно-поверхностному механизму, допускающему озможность осуществления в ней капиллярного процесса, является еобходимым и достаточным условием, определяющим возможность грмодинамического равновесия фаз при различных давлениях, без редварительного указания на форму границы раздела.

Механическое равновесие границы раздела в двухфазной системе, фазы оторой находятся при различных давлениях, обеспечивается за счет: ) внутреннего давления конденсированной фазы (на которое приходится сновная часть избытка давления);

) натяжение поверхности (упругие свойства границы раздела);

) воздействие внешних потенциальных полей (разрыв свойств фаз на границе

тздела).

Поэтому в качестве термического параметра, отражающего состояние шшпы раздела удобно выбрать непосредственно разность давлений по разные троны границы раздела. Этот параметр состояния в работе называется гпиллярным давлением.

Воздействие внешнего потенциального поля стимулирует капиллярные эоцессы в двухфазной системе, связанные, прежде всего с увеличением юметрической площади поверхности границы раздела. При этом, стремясь к >стояншо термодинамического равновесия «свободной» границы раздела ¡ухфазной системы будет стремиться принять форму одной из ;випотенциальных поверхностей внешнего потенциального поля.

В том случае, когда потенциальное поле оказывает доминирующее воздействие на границу раздела в двухфазной системе, увеличение ее площади осуществляется таким образом, чтобы воздействие на нее поля оказывалось снивилированным, путем его экранирования, возникновение токов переноса и т.д.

В главе второй представлены основные определения и методики расчетов, касающиеся исследования принятого термического параметра состояния границы раздела, через определение разности внутренних давлений в фазах, расположенных по различным сторонам границы раздела.

Согласно определению величина капиллярного давления определяется выражением:

П = (1)

Трудности с экспериментальным измерением давления по разные стороны границы раздела обусловлены различием в физической природе давления Рь в конденсированном состоянии, где оно представлено в основном внутренним давлением, и Ру - в паровой фазе, где эту величину определяют исключительно кинетические степени свобода.

Поэтому из практических соображений, целесообразно установить взаимосвязь данного параметра с калорическими характеристиками двухфазной системы, например, теплотой фазового перехода, - параметром достаточно надежно измеряемом экспериментально. Такую взаимосвязь можно получить в дифференциальной форме, на основе анализа и условий термодинамического равновесия двухфазной системы с объемно-поверхностным механизмом фазового перехода в виде:

¿/77 =

'V л —-/

кК у

гУ

йРу---с1Т. (2)

К уТ

Заметим, что первое слагаемое правой части уравнения (2) представляет собой известное уравнение Пойтинга, второе слагаемое - величина пропорциональная теплоте фазового перехода, измеренной калориметрически.

На основании уравнения (2) в работе рассмотрены три частных случая юобходимых для дальнейшего анализа:

) с достаточной степенью точности насыщенный пар можно описать идеалъногазовым приближением, а жидкость полагать несжимаемой. В этом случае получим

П - р^Т1пР1/ -Ру+С(Т), (За)

Т

Г-Гв = Гд 1п ; (36)

!) вандерваальсовская двухфазная система

П = а{р[ - р1). (4)

Данный случай является во многом иллюстративным, т.к. методика расчета основана на знании аналитической формы уравнения состояния. ) реальная двухфазная система в состоянии термодинамического равновесия. Успех применения данной методики во многом определяется надежностью информации о калориметрическом значении теплоты фазового перехода. К сожалению, во многих литературных источниках, в настоящем не делается указаний на метод определения экспериментального значения фазового перехода и часто к экспериментальным относят данные, полученные в результате дифференцирования линии насыщения.

Поэтому для определения калориметрического значения теплоты щзового перехода нами использовалась корреляция вида;

г = Р0{У¥+аУ(5)

оторая была апробирована для семи произвольно отобранных двухфазных и схем. В уравнении (5) Ро и ос есть индивидуальные постоянные двухфазной истемы. На рис Л представлена оценка погрешности указанной корреляции для анных веществ. На рис.2 представлены результаты расчетов давлений и Ру ля конденсированного и разряженного состояния двухфазной системы, [слученные данные позволяют произвести оценку величины капиллярного

давления реальной двухфазной системы, зависимость которого для рассмотренных систем представлена на рис.3.

Надежность и достоверность предлагаемой методики расчета капиллярного давления, а также используемых в процессе анализа допущений подтверждает оценка погрешности методики, устанавливаемая путем сравнения давления паровой фазы, найденное расчетным путем, с табличными значениями, известными в литературе.

На рис.4 представлена указанная зависимость, из которой следует, что предложенная методика с погрешностью 20% может быть использована для расчета капиллярного давления реальной двухфазной системы в достаточно широком интервале температур, за исключением окрестности критической

т

точки (/)-)0,9), где эта погрешность значительно возрастает.

В третьей главе приведено описание основного оборудования и установок, на которых производились экспериментальные наблюдения капиллярных процессов, оценки достоверности методик и погрешности измерений. В качестве базовой экспериментальной установки использовался стенд представленный на рис. 5, позволяющий получать основные теплопередающие характеристики процесса конденсации в электрическом поле. Применительно к задачам данной работы установка была доработана путем включения в нее устройства измерения расхода конденсата (см. рис. 56), а также узла моделирования формы границы раздела (см. рис. 5в). Последний представлял собой рамку, укладываемую по периметру поверхности конденсации, внутри которой, в направлении течения пленки конденсата, натягивались деформаторы, позволяющие капиллярным способом моделировать форму границы раздела подобной той, которая наблюдается при воздействии поля.

Так же, как и в электрическом поле, в случае применения капиллярных реформаторов осуществлялось измерение количества образовавшегося конденсата.

Изменение расхода конденсата в процессе эксперимента позволило определить плотность теплового потока двумя способами - непосредственно через поверхность конденсации, и опосредовано через теплоту фазового перехода и количество образованного конденсата. Разность между этими зеличинами позволила определить величину теплоты адсорбции (капиллярного теплового потока),

Перед проведением экспериментов основные измерительные датчики юдвергались калибровки, а установка - тарированию, путем снятия сарактеристики Нуссельта-Лабунцова, а также известных теплопередающих сарактеристик в электрическом поле. Совокупная погрешность ¡кспериментальных результатов обеспечивалась, таким образом, не превышала 10%. Сбор и обработка информации в процессе эксперимента осуществлялась посредством автоматизированного измерительного комплекса.

В процессе экспериментов было установлено, что сопутствующие ффекту адсорбции термические эффекты находятся в проделах погрешности 1анной экспериментальной установки и их исследование потребовало >азработки специальных методик и экспериментальных ячеек.

Так с целью измерения температуры на границе раздела в процессе ее [еформации воздействием внешнего потенциального поля была разработана гетодика тепловизионного термографирования границы раздела. Методика одержит рекомендации по выбору материалов ячеек, способу фокусирования зображения (А.С. 1300286), и метод калибровки встроенного термометра. К реимуществам тепловизионной методики следует отнести возможность есконтактного измерения температуры границы раздела данной формы, компьютерная обработка изображения позволяет в автоматическом режиме

учитывать поправки и осуществлять изменение температуры с погрешностью ±0,02°С.

С целью вуаггазации и измерения внешнего эффекта капиллярного смещения фазового равновесия в двухфазной системе были предложены конструкции специальных капиллярных ячеек, каждая из которых содержит, по крайней мере, два участка границы раздела изначально одинаковой площади (см. рис. 6). В процессе деформации одного из участков границы раздела внешним потенциальным полем площадь поверхности этого участка меняется, а вместе с этим изменяется и давление пара (убывает в случае возрастания площади и, наоборот, увеличивается в случае ее уменьшения). Поэтому между двумя участками границы раздела должен возникнуть поток массы, тепла и т.д., что в последствии и изучалось экспериментально.

Поскольку измерения в таких ячейках осуществляется по дифференциальному принципу, то удается устранить приборную погрешность, связанную с измерением давлений и температур.

В четвертой главе приведено описание основных экспериментальных результатов, полученных в данной работе.

С целью выяснения роли капельных потоков в процессе конденсации в электрическом поле выполнены эксперименты с применением бинарного пара фреон - вода. Согласно принятой методики в этих экспериментах капельные потоки моделировались на отдельных каплях воды, удерживаемых на поверхности, которые в процессе конденсации покрывала сплошная пленка конденсата.

Воздействие внешнего потенциального поля приводило к образованию капельного потока из конденсатной пленки в местах расположения капель воды, т.к. они в этом случае играют роля концентраторов напряженности поля.

Полученные теплопередающие характеристики показывают, что эффект интенсификации теплоотдачи, в описанных условиях имеет место, однако относительное его увеличение (аЕ/ам; <2) оказывается значительно ниже, чем

эффект интенсификации при конденсации чистого пара (аЕ/аш~4) при Е~10кВ/см, хотя энергетические затраты со стороны поля (Р~10 Вт) оказываются значительно выше и вполне согласуется с ожидаемыми оценками.

Таким образом, возникающие капельные потоки являются следствием увеличения площади границы раздела и сопряженных с ними калорическими эффектами.

В результате термографировапия границы раздела установлено, что разность ее температур между «плоскими» и деформированными ее участками составляет порядка градусов и является следствием эффекта капиллярного смещения фазового равновесия. В то же время ожидаемые значения этой разности температур, полученные на основании уравнения Томпсона, оказываются, по крайней мере, на два порядка ниже.

Результаты тепловизионного термографирования деформированной границы раздела (см. рис. 7) при воздействии на нее внешнего электрического толя, позволяют наблюдать визуально возникновение дополнительного теплового потока между различными участками границы раздела, эбусловленного эффектом капиллярного смещения фазового равновесия.

В последующей серии экспериментов деформации границы раздела достигалась как за счет электрического поля, так и посредством использования капиллярных деформаторов, моделирующих подобную структуру границы раздела.

Кроме этого, значение плотности теплового потока в процессе жсперимента определялось двумя путями - традиционным, через поверхность сонденсации, а также по количеству образовавшегося конденсата. Различие дежду этими величинами, согласно теории, должно соответствовать теплоте формирования границы раздела (теплоте адсорбции), которая будет фопорциональна площади поверхности границы раздела, но не связана с '«сличением количества конденсата.

Наконец, согласно принятой методике, в процессе экспериментов осуществлялся контроль за давлением и температурой пара, т.к. процесс увеличения площади поверхности границы раздела должен сопровождаться эффектом капиллярного смещения фазового равновесия. Существо данного эффекта заключается в изменении давления в замкнутой двухфазной системе при одной и той же температуре, связанный с изменением площади поверхности границы раздела путем совершения капиллярного процесса.

В результате экспериментов установлено, что эффект интенсификации теплоотдачи при конденсации наблюдается в связи с увеличением площади границы раздела (или ее деформации) (см. рис.8) независимо от способа, посредством которого эта деформация вызывается. Характер теплопередающей характеристики при данном способе деформации определяется геометрическим подобием форм границы раздела. Указанный эффект называется капиллярной аналогией.

Расхождение теплопередающих характеристик (см. рис.8) при увеличении разности температур пар-стенка связанно с особенностями эволюции деформированной границы раздела.

Так при использовании капиллярных деформаторов увеличение разности температур пар-стенка приводит к постепенному их заполнению и площадь границы раздела, а вместе с ней и эффект интенсификации, снижаются. В то же время в электрическом поле при увеличении разности температур пар-стенка форма границы раздела конденсатной пленки сохраняется за счет образования капельных потоков и дополнительного увеличения площади границы раздела. Таким образом, в этих условиях эффект интенсификации теплоотдачи имеет тенденцию роста.

В подтверждение сказанного служат результаты измерений плотности теплового потока калориметрическим способом и по количеству образовавшегося конденсата (см. рис.9), измеренные как при воздействии электрического поля (см. рис. 9а), так и при использовании капиллярных деформаторов (см. рис. 96).

При малых разностях температур пар-стенка, как в поле, так и при ^пользовании капиллярных деформаторов калорическое значение плотности теплового потока оказывается большим, чем эта же величина, найденная по соличеству образовавшегося конденсата, т.к. в процессе конденсации Юминирующее значение имеет процесс деформирования границы раздела, ¡вязанный с теплотой адсорбции.

В случае применения капиллярных деформаторов, процесс увеличения шощади границы раздела является конечным и максимальная величина шощади соответствует экспериментальному значению плотности теплового готока. После чего наблюдается процесс уменьшения площади поверхности раницы раздела, связанный с постепенным затоплением деформаторов.

Процесс сокращения площади границы раздела физически эквивалентен фоцессу десорбции и подобен эффекту испарения, но осуществляемому не из )бъема фазы, а за счет использования поверхности. Таким образом, при малых шностях температур в связи с проявлением адсорбных эффектов, направления 1уссельтовского теплового потока и теплового потока адсорбции совпадают и ¡уммируются, то тепловой поток десорбции имеет противоположное 1уссельтовскому направление и из него вычитается.

В результате осуществления указанных процессов калориметрическое начение плотности теплового потока падает, сравниваясь, а в последствии, ;тановясь меньше, чем эта же величина, найденная по количеству >бразовавшегося конденсата.

То, что отмеченные особенности в поведении теплопередающих :аракгеристиках процесса конденсации связанны с изменением площади юверхности границы раздела, а, в конечном счете, с тепловым потоком [юрмирования границы раздела (адсорбции - десорбции) указывает также и имметрия отклонений калориметрического значения плотности теплового ютока, которое в пределах ±20% изменяется относительного теплового потока, >пределяемого по количеству собранного конденсата. Данная зависимость

представлена на рис.10, на которой сплошной линией представлены результаты расчета теплового потока формирования границы раздела.

При использовании электрического поля (см. рис. 9а), калориметрическое значение плотности теплового потока возрастает неограниченно, т.к. за счет образования капельных потоков граница раздела имеет возможность неограниченно увеличивать свою площадь.

Изменение давления и температуры пара в камере конденсации показали, что в отсутствии деформации границы раздела эти параметры соответствуют табличным значениям линии насыщения данного вещества. Однако даже при относительно небольших напряженностях поля параметры пара они эквидистантно смещаются относительно начального положения, таким образом, что при увеличении площади поверхности границы раздела давление пара при той же температуре становиться ниже (см. рис. 11). В этом заключается конкретное проявление эффекта капиллярного смещения фазового равновесия, который позволяет оценить вклад теплоты адсорбции в теплоту фазового перехода. С этой целью результаты экспериментов при воздействии электрического поля были представлены в виде эффективного значения теплоты фазового перехода, учитывающую теплоту адсорбции

где qE - калориметрическое значение плотности теплового потока; О! -эквивалентное ему количество образововавшегося конденсата и

теплота фазового перехода на линии насыщения по Клайперону-Клаузиусу, учитывающая только объемный механизм фазового перехода. Результаты этой обработки иллюстрирует рис. 12.

(7)

Таким образом, без учета теплоты адсорбции, теплота фазового перехода ¡вязанная с образованием конденсированной фазы изменяется незначительно и ;о всем интервале изменения напряженности ноля изменение этой величины не [ревышает 10%. Это означает, что между количеством тепла, необходимого на :онденсацию единицы объема паровой фазы, сохраняется пропорциональность, :ак в поле, так и в его отсутствии.

В тоже время калориметрическое значение теплоты фазового перехода гроявляет тенденцию к интенсивному увеличению, возрастая на 30%. Реально таодимое в процессе конденсации количество тепла оказывается большим, 1ем образовавшееся количество конденсата. При этом до 20% :алориметрически отводимой теплоты расходуется на образование границы аз дел а заданной площади, что совпадает с оценками эффекта полученным для апиллярных деформаторов рис. 8.

В главе пятой приведены результаты анализа процесса деформации раницы раздела, производимой воздействием внешних полей потенциальной рироды. Общим свойствам полей этого типа, как известно, является тот факт, то сила взаимодействия между двумя материальными объектами в таких полях пределяется исключительно расстоянием между ними. Потенциальное поле бразует система эквипотенциальных поверхностей, обладающая известными войствами. Наглядным примером потенциального поля являются лектрические поля.

Поэтому пространство эквипотенциальных поверхностей является добной системой отсчета величины деформации границы раздела, т.е. еличины перемещения границы от начального положения к последующему, существляемому воздействием внешнего поля. При этом за начальное оложение границы раздела в состоянии термодинамического равновесия ринималась одна из эквипотенциальных поверхностей.

Такая задача впервые была сформулирована и решена Ландау Л.Д. для лучая, когда разность давлений в фазах скомпенсирована искривлением

поверхности, а величина деформации равнялась нулю. В этом случае известное решение имеет вид:

П = Р1ж-Ру= 2сгН + 0(<5т). (8)

В том случае, когда в результате воздействия внешнего потенциального поля граница раздела испытывает конечное перемещение, применение известной методики позволяет получить дополнительное уравнение в виде:

/ (1П

--7—Г = -5тК. (9)

П (1{8т)

Граничным условием для интегрирования этого уравнения является известная процедура Гаусса, позволяющая в качестве начальной формы выбрать сферу радиуса Тр имеющую значение капиллярного давления Пр. При этим величина радиуса начальной сферы тр определяется гауссовой кривизной границы раздела реальной формы в виде:

(1о)

В результате интегрирования уравнения (8) найдем:

П = Пр ехр

¿\т )

которое представляет собой изотерму деформации границы раздела, осуществляемого внешним полем потенциальной природы, и устанавливает взаимосвязь между значением капиллярного давления на сфере радиуса т по сравнению с начальным радиусом тр, где это значение равно Пр, и качественный ее ход совпадает с изотермами определяемыми уравнением (За) и

(4).

Изменение относительной величины капиллярного давления от относительного радиуса х = т/тр представлено на рис. 13. Приведенная зависимость показывает, что образование границы раздела в однородной фазе возможно только при затрате определенной работы. ^

Возникновение новой фазы начинается тогда, когда в объеме ранее днородной фазы можно обнаружить сферическую полость радиуса тр. Сфера ;анного радиуса обладает максимальным значением капиллярного давления и вляется состоянием неустойчивым.

Дальнейшая эволюция двухфазной системы связана с ростом полости, нижением капиллярного давления вплоть до достижения ею размера 2тр, оторый в теории обозначен как равновесный и характеризуется таким лее начением капиллярного давления, как и в момент разрыва сплошности среды, редшествующий появлению границы раздела.

Преодолевая предел 2 тр, конденсированная фаза приобретает свойство течь» и, по мере увеличения этого размера, влияние внутренних полей слабевает, уступая место внешним полям, в которых находится двухфазная истема. В теории показано, что достижение сферической полостью размера т,, является предельным состоянием, внутри которого деформация полости не гожет осуществляться безразрывным образом. Этот предел получил название квиареальный предел, т.к. дальнейшая деформация сферической полости гожет осуществляться путем убыли или приращения участков границы раздела остоянной площади поверхности, процесс подобный коаллесценции, испергированию или образованию капельных потоков при конденсации в пектрическом поле.

В результате совместного анализа уравнения деформации и равнения (2) удается получить выражение для эффективной теплоты фазового ерехода. Показано, теплота фазового перехода есть величина аддитивно читывающая, собственно эффект связанный с переходом фазы из азреженного состояния в конденсированное (или наоборот), а также слагаемое пределяющее теплоту деформации границы раздела (теплоту адсорбции).

В данной главе представлены оценки эффекта капиллярного смещения азового равновесия для замкнутой двухфазной системы в приближении, что вляется идеальным газом, а жидкость несжимаема. Вычисленные значения

разности температур при увеличении площади границы раздела на 3°А составляет порядка 2-§-3°С, что согласуется как с результатами тепловизионны? измерений, так и с изменениями в капиллярных ячейках, по порядку величины.

Также представлено определение капиллярной составляющей плотноста теплового потока в виде:

= (12;

Показано также, что интенсифицирующие воздействие процесс; деформации связано с возникновением движения потока пара в результате эффекта капиллярного смещения фазового равновесия. При этом скоросп потока пара прямо зависит от величины разности температур междз деформированными и «гладкими» состояниями границы раздела в виде:

(1з;

где Т„, Т - температура «гладкого» и деформированного состояния границь раздела.

Как частный случай уравнения первого начала термодинамики дш изотермичного потока несжимаемой жидкости, капиллярные свойства которо{ определяются уравнением (11), получен один из возможных профилей скоросп течения пленки, представленный на рис. 14.

Собственно в движении принимает участие жидкость, удаленная нг расстояние 2 х? от подложки. Слой жидкости, расположенный в интервале от ( до 2 тГ покоится, хотя и испытывает касательное напряжение со сторонь движущейся часта, направленное в сторону, противоположную течению.

Процесс, соответствующий образованию границы раздела, протекает пс адсорбционному механизму пока толщина пленки находится в указанно\ интервале. Течение капиллярных пленок обусловлено изменениел капиллярного давления вдоль границы раздела. Этим обстоятельство?* определяется и ее форма. Роль гравитационных сил для капиллярных пленок ш существенна.

Линейный член разложения рассматриваемого профиль ламинарного ечения слоя вязкой жидкости в виде:

/ » _ >\

(14)

м>с т

2 /

[анное обстоятельство подтверждает достоверность проводимого анализа, а акже указывает, что проявления у реальных жидкостей сдвиговых напряжений связанное с этим свойство вязкости являются прямыми следствиями ффектов капиллярности, возникающих на границе.

В главе шестой на основании имеющихся результатов теоретического сследования предпринята попытка проанализировать определения плотности еплового потока в процессе конденсации включающего представления об бъемно-поверхностном механизме фазового перехода.

В основе подхода лежит известное определение плотности теплового отока, определяемое с учетом фазового перехода в виде:

Ч = (15)

це г, - значение эффективной теплоты фазового перехода и локальное качение скорости пленки в точке границы раздела, удаленной от поверхности онденсации на расстояние т. Однако, поскольку существующие кспериментальные данные и их обобщения приводится в зависимости от реднего значения разности температур, то в рассматриваемое приближение онадобилось дополнить гипотезой Фурье, исходя из которой определялась гкущее значение разности температур пар стенка при данной толщине г по юрмуле:

= Об)

', °

Так же, как и (15), уравнение (16) определяет локальные значения азности температур и для сравнения с экспериментальными значениями уждается в усреднении.

С помощью описанных комбинаций удалось построить обобщеннук теплопередающую характеристику процесса конденсации (см. рис. 15), охватш тем самым практически все режимы, которые условно могут быть разделены ш четыре области: а) 0<т<тр; б) тр ¿т<2тр; в) 2тр 2т<3т,,;г) Зтр ¿х^со.

При увеличении разности температур от нулевого значения рис. 1: наблюдается резкое увеличение относительно плотности теплового потока вплоть до достижения пленкой толщины тР , где плотность теплового потокг имеет максимальное значение, которое примем за единицу. Область в окрестности этого максимума достаточно точно описывается известными экспериментальными обобщениями Д^-'6 в докритической области и Дг0,57 в -закритической.

Дальнейшее увеличение разности температур соответствует переходу к режиму б), сопровождается увеличением толщины пленки, однако плотность теплового потока при этом снижается. Эффект уменьшения плотности теплового потока, достигаемый на начальном участке этого режима подобен эффекту увеличения термического сопротивления пленки конденсата. Однако, уже в середине и, особенно, в конце области б) темпы падения плотности теплового потока значительно отличаются от закона ДГ0И и по мере приближения толщины пленки к значению т = 2хр падение происходит практически при постоянном значении разности температур. При этом значение плотности теплового потока падает до Ю 2 - ю-3 по сравнению с максимальным значением в точке т = тр. Такое резкое падение плотности теплового потока обусловлено достижением равновесной толщины по всей поверхности пленки за исключением краевых областей, обеспечивающих небольшое остаточное значение плотности теплового потока.

Описанные режимы а) и б) относятся к области так называемых малых разностей температур и характеризуются отсутствием направленного регулярного течения и переносом тепла через толщу конденсированной фазу исключительно теплопроводностью. Эти режимы отвечают капельному режиму

энденсации и в теории характеризуются мнимой частью плотности теплового этока.

Существование двух других областей и их протяженность по Аг зависит г абсолютной температуры двухфазной системы. Области высоких температур шло критической точки характеризуются малыми значениями капиллярного ээффициента, который возрастает по мере уменьшения температуры асыщения, как это показано на рис. 15. Таким образом, для высоких гмператур эти режимы оказываются вовсе вырожденными, а с понижением гмпературы их протяженность по Дг увеличивается. При этом точка кризиса энденсации (т = 2тр) при понижении температуры насыщения перемещается из эласти малых разностей температур в область средних и больших значений.

Начиная с предела 2хр, на поверхности конденсации появляется ггулярно текущая пленка жидкости. Это начало пленочного режима в) энденсации. Процесс конденсации в области в) характеризуется гремительным ростом плотности теплового потока вплоть до достижения аксималыгого значения в точке соответствующей эквиареальному пределу гр. Плотность теплового потока в точке этого максимума не превышает 0,4 -,5 от максимального значения при т = тр. Это область средних значений 1зности температур.

Область г) больших значений разности температур характеризуется ^явлением свободной поверхности. Интенсивность падения плотности гплового потока на этом участке соответствует участку б), что указывает на эзможность расслоения пленки (когда наружная ее поверхность двигается уже :)д действием силы тяжести, в то время как внутренняя - по капиллярному шону) и также конденсации на каплях.

Сравнение результатов расчета с экспериментальным обобщением уссельта-Лабунцова показывает, что если в области малых разностей ;мператур еще можно найти удовлетворительное соответствие, то в области эедних и больших значений экспериментальная зависимость представляет

собой огибающую семейства максимумов теплопередающих характеристик. Последующие экспериментальное исследование этого факта показало, что с одной стороны по техническим причинам, а с другой - из стремления достичь соответствия с классической теорией конденсации, обеспечение требуемой разности температур в этих областях обеспечивалось за счет температуры насыщения. В то же время для обнаружения приведенных теплопередающих характеристик этот параметр состояния следует поддерживать постоянным, осуществляв вариации температуры поверхности конденсации.

С методической точки зрения развиваемый подход позволяет установить форму, посредством которой можно связать плотность теплового потока при конденсации с объемным представлением о механизме фазового перехода и капиллярный тепловой поток с целью определения суммарного. Показано, что суммарный тепловой поток конденсации представляет собой комплексную величину

Где дк - плотность теплового потока конвективной составляющей, определяемая по Лабунцеву-Нуссельту ид, - капиллярная составляющая плотности теплового потока определяемая уравнением (12). Поэтому степень интенсификации, измеряемая в экспериментах, описанных в главе 4, может быть найдена в виде:

а«)

Чки V \Я™)

Полученное соотношение качественно верно описывает изменение степени интенсификации в зависимости от разности температур пар-стенка в процессе конденсации при воздействии внешнего потенциального поля. В седьмой главе рассмотрены основные положения теории электрических полей и электрофизических свойств сред.

В результате использования данного подхода к анализу поведения шиллярного давления в электростатическом приближении был установлен хдивный характер зависимости капиллярного давления от квадрата шряженности поля. Дана оценка величин напряженности внутреннего поля )аницы раздела, которое в первом приближение может рассматриваться как эитическое, определяющее порог начала влияния электрического поля на зухфазную систему.

Показано, что селективное воздействие внешнего электрического поля эусловлено специфическими характеристиками границы раздела. Таким фаметром является дифференциальная диэлектрическая проницаемость, ;личина которой может существенно превышать диэлектрические эоницаемости объемных фаз.

Рассмотрим также основные положения теории Дерягина - Ландаю -ервея - Овербека с целью соотнести энергетические воздействия на грашщах вдела в случаях капиллярного смачивания и при использовании внешних 1ектрических полей. В ионно-электростатическом приближении произведена (енка энергетических характеристик взаимодействия и получена зависимость юргии взаимодействия от расстояния между границами, которая щвлетворительно согласуется с теорией ДЛФО.

Выводы и заключение

На основании проведенных исследований установлено, что реальный процесс конденсации во внешнем потенциальном поле включает в себя, по крайней мере, два основных элемента - процесс фазового перехода в классическом представлении и процесс формирования границы раздела, которые при постоянстве силовых характеристик поля проявляют себя совместно, в различном соотношении в зависимости от режима.

Показано, что при изменении силового воздействия со стороны внешнего потенциального поля наблюдается геометрическое увеличение площади границы раздела, а вместе с тем и калорический эффект процесса

формирования границы раздела, который, начиная с некоторого предела, может быть соизмеримым с калорическим эффектом фазового перехода. Названное обстоятельство (капиллярный тепловой поток) является одним из существенных механизмов интенсификации теплоотдачи при конденсации в присутствии внешнего потенциального поля.

2. Причиной, порождающей появление капиллярного теплового потока в двухфазной системе с объемно-поверхностным механизмом фазового перехода, следует считать эффект капиллярного смещения фазового равновесия, существо которого заключается в том, что убыль объема одной из фаз в результате реализации фазового перехода сопряжена только с увеличением совокупной площади границы раздела, в то время как объем другой фазы сохраняется.

3. Установлено, что роль внешнего потенциального поля направлена на стабилизацию положения границы раздела в двухфазной системе, когда фазы находятся при различных давлениях. Таким образом, в результате деформации граница раздела стремиться занять одну из эквипотенциальных поверхностей поля, вдоль которой механическое равновесие при заданной разности давлений в фазах обеспечивается.

4. Воздействие внешнего потенциального поля является стимулирующим фактором, порождающим проявление объемно-поверхностного фазового перехода за счет селективного изменения внутренней энергии границы раздела. С этим обстоятельством связано наличие у двух фазной системы дополнительной степени свободы.

5. Экспериментально установлено, что увеличение плотности теплового потока в процессе конденсации во внешнем потенциальном поле не сопровождается пропорциональным приростом количества образовавшегося конденсата даже в связи с возникновением капельных потоков. Указанное обстоятельство обусловлено реализацией в двухфазной системе объемно-поверхностного фазового перехода, а деформацию гравитационно - стекающей конденсатной пленки, как и образованные капельные потоки, следует считать увеличением

площади поверхности границы раздела осуществляемое за счет убыли объема паровой фазы.

. На основании термографических исследований показано, что как для открытых двухфазных систем, так и для двухфазных систем находящихся в близи равновесия, граница раздела в процессе деформации может изменить свою температуру при условии постоянства давления. Обнарркенное изменение температур (порядка градусов) также является следствием эффекта капиллярного смещения фазового равновесия.

. Показано также, что в зависимости от состояния двухфазной системы вклад капиллярной составляющей может достигать до 30% от значения теплоты фазового перехода. Предложены варианты экспериментальных ячеек предназначенных для измерения капиллярной составляющей теплоты фазового перехода в двухфазной системе при воздействии на нее внешнего электрического поля и капиллярных деформаторов из различных материалов.

. Показано, что в качестве термического аналога капиллярной составляющей теплоты фазового перехода можно использовать разность давлений по обе стороны от границы раздела, именуемой капиллярное давление. Разработаны и апробированы методики расчета величины капиллярного давления для двухфазных систем в приближении несжимаемая жидкость - идеальный газ, система Ван-дер-Ваальса и реальная двухфазная система. Установленная погрешность предлагаемых методик не превышает значения 20% во всем интервале температур за исключением состояний близких к критическим, где погрешность возрастает.

Экспериментально установлено, что явление интенсификации теплоотдачи при конденсации, связанное с возникновением дополнительного теплового потока наблюдается от момента изменения формы границей раздела. При этом природа потенциального поля, посредством которого эта деформация создается, значения не имеет. Показано также, что данный эффект капиллярной аналогии обусловлен зависимостью капиллярного давления и

капиллярной теплоты от положения границы раздела в пространстве эквипотенциальных поверхностей внешнего потенциального поля.

Совокупность полученных результатов позволяет с новых позиций анализировать проявление двухфазной системы капиллярных свойств, обобщить ряд ранее обнаруженных эффектов как капиллярные процессы, учитывать влияние на двухфазную систему внешних потенциальных полей. Указанные обстоятельства дают начало развитию нового научного направления

- основы теории теплопереноса в процессе конденсации во внешнем потенциальном поле.

Условные обозначения

3, Т - удельный объем и абсолютная температура; Р - абсолютное давление; г

- теплота фазового перехода; п - капиллярное давление; Н, К - средняя и гауссова кривизны поверхности раздела; А - площадь границы раздела; V -объем; а - поверхностное натяжение; т - линейный элемент длины; тр - радиус границы раздела в конформном состоянии; 5т = т-тр - величина деформации; к= У - относительная координата; q - плотность теплового потока; й-

коэффициент теплоотдачи; - скорость потока; а - капиллярный коэффициент; 1 - температура по эмпирической шкале °С; р - плотность.

Индексы

V, Ь, а - пар, жидкость, граница раздела; р - конформные состояния; * -масштаб отнесения; А - разность; сг - критический; - стенка.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Савин И.К., Болога М.К., Коровкин В.П. Влияние электрического поля на интенсивность теплообмена при испарении // Электронная обработка

материалов. 1986.N6. С.52-54.

Коровкин В.П., Болога М.К., Савин И.К. Условия фазового равновесия пленки конденсата в электрическом поле // Изв. АН МССР Сер. физ.-техн. и мат. наук. 1986.N2.C.66-67.

Болога М.К., Коровкин В.П., Савин И.К. Термодинамический анализ процесса конденсации в электрическом поле // Изв. АН МССР Сер. физ.-техн. и мат. наук. 1987.N2.C.28-33.

Коровкин В.П., Болога М.К., Савин И.К. О неизотермичности поверхности

раздела фаз пар-жидкость и движущих силах процесса теплообмена // Изв.

АН МССР Сер. физ.-техн. и мат. наук. 1987.N4.C.73-75

Болога М.К., Коровкин В.П., Савин И.К. О влиянии электрических полей на

процессы теплообмена при фазовых превращениях пар-жидкость //

Элекгронная обработка материалов. 1986. N4, С.58-60.

A.C. 1300289 СССР, МКИ 4 F 28 F 13/16 Способ интенсификации

теплообмена / Болога М.К., Савин И.К., Коровкин В.П. 30.03.1987, Бюл.Ы12.

A.C. 1366854 СССР, МКИ 4 F 28 F 13/04 Способ интенсификации

теплообмена при испарении и конденсации / Савин И.К., Коровкин В.П.,

Болога М.К., 15.01.88. Бюл. N2.

Коровкин В.П., Савин И.К., Болога М.К., Роль капиллярного давления в определении состояния фаз //Изв. АН МССР Сер. физ.-техн. и мат. наук. 1988. N1.С.76-77.

Болога М.К., Коровкин В.П., Савин И.К. О роли капиллярных сил в процессах теплообмена при фазовых превращениях // Изв. АН МССР Сер. физ.-техн. и мат. наук. 1988. N2.C.26-30.

.A.C. 1371152 СССР МКИ 4 f 28 f 13/16 Устройство для конденсации пара/ Савин И.К., Коровкин В.П., Болога М.К., ДСП.

.A.C. 1396705 СССР, МКИ 4 F 28 В 9/08; F 28 F 13/16 Способ отвода конденсата при конденсации пара в объеме / Сажин Ф.М., Болога М.К., Савин И.К., Коровкин В.П. ДСП.

A.C. 1400222 СССР, МКИ 4 F 28 F 13/16 Способ регулирования

интенсивности теплообмена при конденсации / Болота М.К., Савин И.К., Дидковский А.Б., Коровкин В.П. ДСП.

13.Болога М.К., Савин И.К., Коровкин В.П. О роли диспергирования в интенсификации теплообмена при конденсации в электрическом поле // Электронная обработка материалов. 1989. N1. С.33-35.

14.Болога М.К., Сажин Ф.М., Коровкин В.П. Явления, наблюдавшиеся при элекгроконвективном уносе из газожидкостного слоя и перспективы их практического использования // "Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем" XIV Всесоюз. конф. Одесса,1986.-Т.1. С.70.

15.Болога М.К., Коровкин В.П., Савин И.К. Тепловой режим испарительно-конденсационной системы при воздействии электрического поля на зону конденсации // Теплофизика и гидродинамика процессов кипения и конденсации: Докл. II Всесоюз. конф. - Рига 26-28 дек., 1988.- с.50-53.

16.Bologa М.К., Savin I.K., Korovkin V.P. Electrohydrodynamics evaporation -condensation system of cooling.// Hydrodynamics & Heat Transfer in microgravity. Perm, Russia 12-16 Jule. - 1993, pp.184-186.

17.Bologa M.K., Korovkin V.P. Termodinamica proceselor capi lare si problemele associate cu transsare in camp electric // Proc. National Conf/ of Thermodynamics 3-4 June. - 1994, Timisoara, pp. 123-124.

18.Korovkin V.P., Rubalko A.B. An application of the thermoelectric analogy for the boundary conditions investigation in an electrosparking-engineering problem. Part 1/ An efficient of electricity transfer problem // Proc. 1 st Int. Cong. Material Science Engineering 15-17 Nov. 1994, Jassy, Romania v.XIX, pp. 134-238.

19.Bologa M.K., Savin I.K., Korovkin V.P. Mechanism of condensation heat transfer enhancement in an electric field and the role of the capillary processes // Inf. J. Heat Mass Transfer. - 1995. - v. 38, №1. - P.175-182.

20.Bologa M.K., Korovkin V.P. Advancement of the capillary processes engineering thermodynamics and them applications in the condensation evaporation system managed by electric field // Int. Sem. «Heat Pipe» 12-17, 1995, Minsh, pp.107110.

1.Болога М.К., Коровкин В.П., Савин И.К. Двухфазные системы жидкость-пар в электрическом поле. - Кишинев, 1992.-332 с.

/г-Сопэ!

ЛДД14 СО. «И«* ДО

т«СВ-12 +++++ С»Вц оооооЦ-ИЭ

Т/Тс

Р/Ро . * * ,

Рис Л

Рис.2

Рь.МРа

□□□□□ ял

«»»О» СаН.4 ****»Е-1г

«>«■ Е-13

«■»■■и-ш

Т/Та

Й-о.л Рц

\

а-«-*

1

□□□ао н20

АаыА ЦНз

0 00 0« С,Ни ***** В—13 +++++ К-13

х«х** И-ПЗ

%

»г

4

т/т«.

100 =

0.1 -

Рис.3

Рис.4

Рис. 5

Рис. 6

Рис.7

i ê sus a л is ta

ài n.er;c

ote et*» о о____ а о yS J f а О

/О у / о о

/о / е

Л ¿w'C

t-s

so

55

Рис. 8

Рис. 9a

Рис. 96

Рис. 10

m

О -£ = 0 нЦсн Q-£ = ¿ нВ/af

m юб m

Рис. 11

о го to to E,*t/c Рис. 12