Исследование характера вскипания перегретых жидкостей вблизи границы достижимого перегрева

Липнягов, Евгений Владимирович

Исследование характера вскипания перегретых жидкостей вблизи границы достижимого перегрева тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Липнягов, Евгений Владимирович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Екатеринбург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование характера вскипания перегретых жидкостей вблизи границы достижимого перегрева»

Автореферат диссертации на тему "Исследование характера вскипания перегретых жидкостей вблизи границы достижимого перегрева"

Уральское отделение Российской академии наук

Институт теплофизики

На правах рукописи УДК 536.423

ЛИПНЯГОВ Евгений Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ВСКИПАНИЯ ПЕРЕГРЕТЫХ ЖИДКОСТЕЙ ВБЛИЗИ ГРАНИЦЫ ДОСТИЖИМОГО ПЕРЕГРЕВА

Специальность 01.04.14. - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.

Екатеринбург, 2006 г.

,.. Работа выполнена в лаборатории свойств веществ и сверхпроводящих ,, . материалов Института теплофизики УрО РАН

Научный руководитель -

доктор физико-математических наук, профессор Ермаков Г.В.

Научный консультант-

Официальные оппоненты -

доктор химических наук, зав. кафедрой органической и коллоидной химии УГЛТЛ, профессор Свиридов В.В.

доктор физико-математических наук, профессор По цель U.C. кандидат физико-математических наук, Болтачев Г. 111.

Ведущая организация

Уральский государственный университет им. А.М. Горького

Защита состоится «16 » октября 2006 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета К 212.285.01 по присуждению ученых степеней кандидатов наук при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ», по адресу: г. Екатеринбург, Мира, 19, Зал Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ».

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направить по адресу: 620002, г. Екатеринбург, Мира, 19, к-2, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ им. С.М.Кирова, ученому секретарю университета

Автореферат разослан « 11 » сентября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. х. н., доцент ? ' Т.А. Недобух

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Кипение, т.е. процесс интенсивного парообразования, характеризующийся непрерывным возникновением и ростом внутри жидкости пузырьков пара, играет важную роль во многих технологических процессах. Исследования этого явления ведутся давно и с всё возрастающей интенсивностью» стимулируемые такими важными приложениями как энергетика, в том числе ядерная, ракетная техника, металлургия и машиностроение, химическая и пищевая промышленность. В области изучения кипения сделано очень много, однако, сегодня ещё нельзя утверждать, что существует достаточно глубокое понимание механизмов кипения. Эксперименты по кипению характеризуются высокой степенью невоспроизводимости [1-4]. Результаты могут заметно отличаться не только у разных экспериментаторов, но и при повторении измерений на одной и той же установке в полностью воспроизводимых условиях.

В большинстве случаев при решении технологических задач приходится сталкиваться с неравновесным парообразованием, которое связано с возникновением метастабильных состояний жидкостей и которое может приводить к аварийным ситуациям [1,2].

Сохранение старой фазы в области, где должна образоваться новая фаза, означает, что старая фаза перешла из абсолютно устойчивого состояния в метастабильное. Метастабильное состояние временное, т.е. рано или поздно старая фаза, вторгшаяся на чужую территорию, переродится, и система перейдет в новое фазовое состояние. Таким образом, принципиальное отличие метастабильных фазовых состояний от стабильных в том, что имеется конечное время существования метастабильных состояний (время жизни т). Время существования метастабильного состояния является случайной величиной, и физический смысл имеет среднее время жизни, , которое определяется параметрами состояния системы. Другой важной характеристикой метастабильного состояния является величина радиуса критического зародыша

Гкр. Физический смысл этого радиуса (гкр) таков: если зародыш меньше

критического размера, то он должен исчезнуть; если больше, то с него начнется необратимый рост новой фазы.

Хорошо известными примерами метастабильных состояний являются пересыщенный пар, перегретая и переохлажденная жидкость, пересыщенный раствор. В природе, например, перегрев воды наблюдается в гейзерах и в действующих вулканах; перегрев углеводородов - при вскрытии газоконденсатных месторождений.

Исследование метастабильных состояний представляет большой интерес для создания теории фазовых превращений. В этом плане необходимы изучение фазовых диаграмм, разработка способов расчета свойств метастабильных фаз, постановка экспериментов по кинетике их распада, теоретическое рассмотрение на этой основе конкретных процессов, протекающих с участием метастабильных фаз.

Традиционные работы по кипению в основном рассматривают механизм зародышеобразования при малых перегревах, поэтому изучение кинетики вскипания жидкости в области высоких перегревов представляет большой научный интерес, приносит знания о природе высокотемпературных центров кипения, что позволяет прогнозировать поведение энергонапряжённых термодинамических систем, содержащих в качестве основного компонента жидкую фазу.

Для установления правильности кинетической теории зародышеобразования в перегретых жидкостях важно установить характер их вскипания вблизи границы достижимого перегрева, типы флуктуационных центров и их влияние на кинетику зарождения пузырьков пара, влияние на кинетику зародышеобразования нанесения на поверхность экспериментальной ячейки различных поверхностно-активных покрытий и внесения в неё малых добавок поверхностно-активных веществ.

Таким образом, актуальность работы обуславливается её связью с важными техническими приложениями и необходимостью дальнейшего развития существующей теории вскипания предельно перегретых жидкостей.

Цель работы. Экспериментальное исследование характера вскипания перегретых жидкостей вблизи границы достижимого перегрева, выяснение влияния флуктуационных центров, поверхностно-активных покрытий стенок ячейки и внесения в исследуемую жидкость малых добавок поверхностно-активных веществ на положение границы достижимого перегрева и кинетику вскипания.

Для достижения этой цели было необходимо решение следующих задач:

- разработка и изготовление экспериментальной установки для исследования кинетики вскипания перегретых жидкостей с системой предварительного их обезгаживания и без последующих корректировок получаемых статистических выборок;

- изучение зависимости среднего времени жизни перегретой жидкости от величины перегреваемого объема, получение статистических выборок большого объема, анализ вопроса о гомогенности и стационарности вскипания жидкостей вблизи границы достижимых перегревов;

- изучение вскипания перегретых жидкостей на искусственных центрах зародышеобразования;

- изучение влияния модификации поверхности на характер вскипания жидкости в стеклянных капиллярах, с разработкой методики осуществления модификации;

- изучение температурной зависимости средних времен ожидания вскипания перегретой жидкости с малыми добавками поверхностно-активного вещества при атмосферном давлении.

Научная новизна.

предварительного обезгаживания исследуемых жидкостей. Получаемые на установке статистические выборки не требуют корректировок.

2. Проведены измерения средних времён ожидания вскипания обезгаженного н-пентана, н-гексана и диэтилового эфира в капиллярах различного объема. Показано, что вблизи границы достижимого перегрева условие гомогенности вскипания не выполняется.

3. Произведены независимые оценки основных параметров классической теории гомогенного зародышеобразования по экспериментальным данным» которые не подтверждают хорошего согласия теории и результатов опытов.

4. Изучен характер распределения времен ожидания вскипания вблизи границы достижимого перегрева трех жидкостей: н-пентана, н-гексана и диэтилового эфира. Показано, что функция плотности распределения вероятностей времен ожидания имеет максимум, является нестационарной.

5. Проведено экспериментальное исследование семи систем с искусственными центрами на трех различных жидкостях: н-пентан, н-гексан и диэтиловый эфир. Обнаружены две группы центров, существенно по-разному влияющих на характер вскипания перегретой жидкости.

6. Экспериментально показано, что с помощью покрытий поверхности капилляра, выполненных по специальной технологии, или после разрушения их актами вскипания можно создавать системы с искусственными флуктуационными центрами кипения и, таким образом, снижать величину перегрева.

7. Измерены времена жизни перегретого н-пентана с малыми (до 0,8% по массе) добавками маслорастворимого, пленкообразующего поверхностно-активного вещества (ПАВ) — полиэтилсилоксана. Малые добавки ПАВ не изменяют основных свойств н-пентана, оказывающих влияние на степень перегрева. Во всех случаях наблюдается значительное увеличение среднего времени ожидания вскипания перегретой жидкости и увеличение температуры перегрева в пределах около 1К.

Автор защищает.

- Результаты экспериментальных исследований характера вскипания перегретых жидкостей (н-пентан, н-гексан, диэтиловый эфир) вблизи границы достижимого перегрева;

- Результаты изучения функции плотности распределения вероятностей для времен ожидания вскипания перегретых жидкостей;

- Результаты экспериментального исследования вскипания сильно перегретых жидкостей на искусственных флуктуационных центрах;

- Результаты экспериментального изучения температурной зависимости средних времен ожидания вскипания перегретого н-пентана с малыми добавками поверхностно-активного вещества (полиэтилсилоксана) при атмосферном давлении.

Практическая ценность результатов. Полученные результаты по исследованию характера вскипания перегретых жидкостей вблизи границы достижимого перегрева с учетом дегазации жидкости и поверхности капилляра способствуют более глубокому пониманию природы воздействия вскипания перегретой жидкости на контактирующую с ней поверхность.

Полученные данные о степени перегрева жидкости с использованием различных способов обработки поверхности и методов физического моделирования флуктуационных центров кипения могут быть полезны при создании тепловых труб и служить основой технологии снижения или увеличении перегрева жидкостей.

Работа выполнялась в соответствии с планами работы Института теплофизики УрО РАН при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (коды проектов: 98-02-17503-а, 01-02-17214-а, 04-02-16285-а, 00-15-96719, НШ-905.2003.2).

Достоверность и обоснованность результатов, приведенных в диссертации, обеспечены: применением современного высокоточного измерительного оборудования, современных средств автоматизации в сочетании с компьютерной техникой, большим объемом проведенных измерений, применением современных методов статистической обработки экспериментальных данных, тщательной оценкой погрешностей, близостью температур достижимого перегрева к экспериментальным значениям, полученным ранее.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Н-ой Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 1998г.), IV-ом Международном форуме по тепло и массообмену (Минск, 2000г.), У1-ой Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики.» (Новосибирск, 2000г.), ХШ-оЙ Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Физические основы экспериментального и математического моделирования процессов газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках." (Санкт-Петербург, 2001г.), Ш-ей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002г.), Х1У-ой Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках." (Рыбинск, 2003г.), ХУ-ой Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках." (Калуга, 2005г.), Х1-ОЙ Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ (Санкт-Петербург, 2005г.), Ш-ем Российском совещании «Метастабильные состояния и флуктуационные явления» (ИТФ УрО РАН, г. Екатеринбург, 18-20 октября 2005 г)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в рецензируемых журналах, 3 в сборниках трудов Института теплофизики, 12 статей в сборниках докладов на международных и российских конференциях,

рукописи 2 статей депонированы в ВИНИТИ. Библиографический список представлен в конце диссертации

Личный вклад автора. Лично автором создана экспериментальная установка, проведены все измерения, обработаны полученные экспериментальные данные, сделан анализ полученных результатов, предложена модель нестационарного зародышеобразования, на её основе выполнены сравнительные расчёты, подготовлены к печати публикации.

Структура и объём работы. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение и приложение, в котором приводятся таблицы экспериментальных и расчётных данных. Работа изложена на 148 страницах текста формата А4, содержит 48 рисунков, 4 таблицы и список цитируемой литературы из 104 наименований. Приложение содержит 6 таблиц на 23 страницах текста формата А4.

Работа выполнялась в Институте теплофизики УрО РАН в лаборатории свойств веществ и сверхпроводящих материалов.

Автор выражает особую благодарность академику В.П. Скрипову и научному руководителю работы зав. лабораторией СВ и СИМ, профессору Г.В. Ермакову за полезное обсуждение результатов, ценные предложения и конструктивную критику; зав. кафедрой органической и коллоидной химии УГЛТА, профессору, д.х.н. В. В. Свиридову за предоставление образцов и консультации по пятой главе; сотрудникам института С.А. Перминову, Л.А. Михалевич, Г.Н. Перелыптейну и Б,М. Смоляку, которые на разных этапах работы содействовали и оказывали помощь в проведении экспериментов и обсуждении результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении дана общая характеристика работы, её актуальность, цель, научная новизна, практическая ценность и положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор теоретических и экспериментальных работ по кинетике зародышеобразования перегретой жидкости вблизи границы достижимого перегрева. В главе рассматриваются методы и некоторые результаты экспериментального изучения кинетики вскипания перегретых жидкостей, а также приводятся основные формулы для расчёта работы образования критического пузырька пара и частоты гомогенного зародышеобразования в объёме «чистой» жидкости. Кроме этого, обсуждаются модели вскипания жидкостей в стеклянных капиллярах, в присутствии гладких и пористых металлических поверхностей и при малых перегревах. В конце данной главы производится обобщенное сравнение и интерпретация экспериментальных результатов, из которого делаются выводы по литературному обзору, и ставится задача исследования.

Приведенный литературный обзор выявил ряд экспериментальных данных, которые прямо или косвенно противоречат классической теории гомогенного зародышеобразования, проверенной на н-гексане ещё в 1972 году при сравнении результатов, полученных на чистой пузырьковой камере и при

перегреве капелек в серной кислоте. Впервые на эти противоречия обратил внимание E.H. Синицын с сотрудниками [5]. В дальнейшем высказанные им сомнения получили подтверждение в других работах.

Таким образом, ни случайный характер вскипания (он имеет место от закипания до границы достижимого перегрева), ни близость теоретических и экспериментальных значений температуры перегрева (она может быть достигнута и в присутствии поверхности, богатой центрами вскипания) не являются весомыми аргументами в пользу гомогенного вскипания сильно перегретых жидкостей.

Поскольку гомогенное вскипание жидкости является предельным режимом, соответствующим исчезающему действию таких инициирующих вскипание факторов как стенка сосуда, ионизирующее излучение, ультразвук, растворенный в жидкости и адсорбированный стенкой газ и т.п., то можно предположить, что истинная граница гомогенного зародышеобразования лежит при более высоких температурах, чем температуры, наблюдаемые в опытах. Эти соображения определили постановку задачи диссертационного исследования и дали основания для возвращения к анализу вопроса о гомогенности вскипания сильно перегретых жидкостей, для постановки новых экспериментов, подтверждающих или опровергающих обсуждаемую гипотезу.

Во второй главе приведено описание экспериментальной установки, методики измерения и обработки данных, оценки погрешностей измерений.

Её схема изображена на рис. 1. Она представляет собой обычную чистую пузырьковую камеру и включает в себя капилляр 1 с перегреваемой жидкостью, соединенный с двумя основными системами: системой заполнения и газоудаления и с системой создания, изменения и измерения давления. Диаметр капилляра в процессе экспериментов изменялся от 1 до 0,11 мм. Перегреваемый объём термостатируется в жидкостном термостате 2 с погрешностью 0,1 °С с помощью электронного регулятора температуры, датчиком которого является медь - константановая термопара 3. При подготовке жидкостей к измерениям использовано несколько различных способов дегазации.

Измерены времена установления равновесных значений давления и температуры при переходе к заданному метастабильному состоянию путём быстрого понижения давления (рис.2). Эти времена (около 1 с) учитываются оператором или автоматической системой при включении часов на измерение времени.

Таким образом, благодаря изменению и автоматизации экспериментальной установки создана новая методика измерений среднего времени жизни жидкости в перегретом состоянии, не требующая исправления первичных экспериментальных статистических выборок вычитанием из каждого члена выборки некоторого постоянного времени, учитывающего установление метастабильного равновесия. Благодаря этому новая методика позволяет уточнить вид плотности распределения вероятностей времен ожидания вскипания.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования кинетики вскипания перегретых жидкостей.

1 — стеклянный капилляр с перегреваемой жидкостью;

2 — жидкостный термостат;

3 — медь-константановая термопара для контроля температуры в термостате;

4 - медь-константановая термопара для измерения температуры;

5, 17 — вспомогательные сосуды из нержавеющей стали, входящие в систему заполнения и газоудаления;

6,10,13,18,20 — запирающие вентили;

7 - мембранно-реостатный датчик давления;

8 - патрон для соединения капилляра с гидравлической системой;

9 — железный сердечник устройства для контроля за степенью деформации сильфона 12;

11 - катушки устройства для контроля за степенью деформации сильфона 12, и2 -переменное напряжение питания, и3 - сигнал, связанный с деформацией сильфона;

12 - разделительный сильфон;

14 - вентиль, сообщающий систему нагнетания поршневого манометра с атмосферой;

15 - пружинный манометр МО-160;

16 — масло-поршневой манометр МТ-60; 19 — азотная ловушка;

21 - измерительно-вычислительная система на базе ПЭВМ для измерения времени жизни жидкости в состоянии перегрева;

22 — модуль из аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей;

23 - электронный регулятор температуры термостата;

24,25 - регулирующий внутренний и наружный нагреватели соответственно. 26 - мешалка с электроприводом

Рис.2 Кривые релаксации давления и температуры в исследуемой жидкости при переводе ее в состояние перегрева: 1 - кривая установления равновесного (атмосферного) давления, 2 — кривая установления равновесной температуры, а) — при температуре термостата 115 °С, Л)-при 130 °С.

В данной главе также сделана подробная оценка погрешности определения измерительного объёма.

В третьей главе приведены результаты изучения зависимости среднего времени жизни перегретой жидкости от величины перегреваемого объема и произведено прямое сравнение результатов измерений с теоретической зависимостью среднего времени жизни перегретой жидкости от ее объема (н-пентан, н-гексан). Кроме этого, вычислен предэкспоненциальный множитель и работа образования критического зародыша как из наших экспериментальных данных (изобары) для н-пентана, так и из экспериментальных данных (изотермы) для диэтилового эфира, бензола и жидкого этана, полученных в Институте теплофизике УрО РАН E.H. Синициным и В.П. Скриповым, В.Г. Байдаковым, A.M. Кавериным и В.М. Суллой. Получен большой экспериментальный материал о зависимости среднего времени ожидания вскипания н-пентана (рис.3) и н-гексана (рис.4) от температуры, методики дегазации и величины перегреваемого объёма исследуемой жидкости. Для н-пентана получено 23 серии измерений, для н-гексана - 26 серий измерений.

Гомогенное вскипание является предельным режимом, в котором все факторы, способствующие вскипанию, устранены. Сделать это чрезвычайно трудно, поэтому каждый эксперимент, претендующий на роль «пробного камня» теории гомогенного зародышеобразования, должен проверяться на соответствие этому предельному режиму. Соответствующий критерий для такой проверки предложен в монографии [1] в виде соотношения:

J-Vz=\ (1)

Здесь J - частота гомогенного зародышеобразования - среднее число жизнеспособных зародышей пара, возникающих в единице объема в единицу

времени и имеет размерность м'3 с"\ V - объем перегреваемой жидкости, Т -среднее время ожидания вскипания.

В соответствии с критерием (1) при заданных давлении и температуре средние времена жизни жидкости в состоянии перегрева должны уменьшаться обратно пропорционально объему перегреваемой жидкости, т.е. среднее время ожидания вскипания при заданном давлении и температуре увеличивается с уменьшением объёма перегреваемой жидкости. Изобары среднего времени жизни, полученные на капиллярах уменьшающегося объема, должны, следовательно, представлять собой в координатах 1п(г) — Т ряд

эквидистантных линий, смещающихся в сторону более высоких температур [1].

Для проверки гомогенности вскипания, следовательно, необходимо измерить средние времена ожидания вскипания на нескольких капиллярах с существенно уменьшающимся объемом. При этом необходимо в максимальной степени исключить факторы, инициирующие вскипание, в частности, дегазировать систему. Пересчет к некоторому, например, наименьшему объему может быть выполнен при р* и Т= const с помощью формулы

(2)

вытекающей из (1). Здесь rL, Vx - измеренные среднее время жизни жидкости в перегретом состоянии и ее объем, V2 - объем, на который производится

пересчет, - результат пересчета. После пересчета к объему V2 отдельные

линии должны выстроиться в единую зависимость [1].

Из условия гомогенности вскипания перегретой жидкости (1) при заданных значениях давления и температуры также следует соотношение для вычисления теоретического значения среднего времени жизни жидкости в состоянии перегрева в зависимости от величины перегреваемого объёма [1]:

lnr=-^88-^j-lnK , (3)

где IVxp - работа образования критического зародыша, к - постоянная Больцмана, Т- абсолютная температура

Экспериментальные результаты достаточно хорошо повторяют известные литературные данные о температурной границе достижимого перегрева, а также качественно воспроизводят форму изобары среднего времени ожидания вскипания (F). Однако в отношении Т количественное совпадение

отсутствует. Показано, что среднее время ожидания вскипания существенно зависит от качества дегазации исследуемой жидкости и не воспроизводится от серии к серии измерений. В опытах с н-пентаном дегазация приводит к увеличению крутых участков изобар In г в 3-5 раз и к увеличению температуры перегрева до ~ 1 °С. В опытах с н-гексаном это увеличение

Рис.3. Результаты измерений Рис.4. Результаты измерений

зависимости среднего времени ожидания зависимости среднего времени ожидания

вскипания от температуры при вскипания от температуры при

атмосферном давлении, к-пентан: атмосферном давлении, н-гексан: 1 - классическая теория; 2—данные [1,4], 1 - классическая теория; 2 —данные [1,4],

У= ЗО Ю"9 м3; 3 - наши результаты, У= 30-Ю"9 м3; 3 - наши результаты,

У= 0,20-1 О*9 м3; 4 - то же, У= 0,79-1О*9 м3; У= 0,95-10"9 м3; 4 - то же, У= 1,77-10"9 м3;

5 -то же, У= 3,14-10"9 м3; 5 - то же, У= 11,95-10"9 м3; 6 - то же,

V- 12,57-10"9м3; 7 — то же, У= 38,48-1 О*9 м3

заметно меньше, появляются почти горизонтальные участки изобар, увеличение температуры границы перегрева несколько превышает 1 °С.

Нарушение критерия гомогенности (1) на рис. 3 выражается в следующих особенностях. Крутые участки кривых 3 и 4 при температурах выше 146 °С практически совпадают, хотя они должны были бы отстоять друг от друга приблизительно на 0,4 °С, если делать оценку по их экспериментальным наклонам. Крутой участок кривой 5 и аналогичные участки совпадающих кривых 3 и 4 отстоят друг от друга на 0,9-0,6 °С, а должны были бы кривые 5 и 4 располагаться на расстоянии по температуре в 0,4 °С, а кривые 5 и 3 - на расстоянии около 1 °С. Расположение точек, относящихся к разным объемам при фиксированной температуре, также не отвечает критерию (1). Так при температуре 145 °С с уменьшением объема средние времена ожидания вскипания растут, однако их рост не соответствует уменьшению объема перегреваемой жидкости. При температуре 146,0 С точки, относящиеся к кривым 3 и 4, совпадают, хотя для них средние времена жизни жидкости в перегретом состоянии должны отличаться примерно в 4 раза, а разность их натуральных логарифмов должна составлять 1,4. Точка же кривой 5,

относящаяся к этой же температуре, чрезмерно удалена от соответствующей точки кривой 4 и, наоборот, слишком близка к точке кривой 3. Такое же расстояние ( Д 1п г = 1,4 ), как и при предыдущей температуре, должно было бы быть и между точками кривых 3 и 4 при температуре 146,8 °С, однако оно существенно меньше. При температуре 147,0°С не только разность Д1пг не соответствует различию объемов (она должна была бы составлять почти 3), но и их взаимное расположение не отвечает критерию (1).

Аналогичный анализ рис. 4 также показывает ряд нарушений критерия гомогенности (1). При правильном расположении крутых участков изобар, соответствующем критерию (1), кривые 5 и 6 должны были бы совпасть, поскольку объемы капилляров, на которых оно получены, почти равны — 11,95* 10~9 м3 и 12,57* 10"9 м3. Однако сначала они идут на расстоянии около 0,4°С, затем при температуре около 181,2 °С пересекаются и вновь расходятся приблизительно на ту же величину. В то же время кривые 3 и 4, полученные на капиллярах с более заметным различием в объемах (0,95 • 10*9 м и 1,77 • 10*9 м3), в пределах погрешности измерения температуры совпадают. Кривая же 7 (Р" =38,48* 10*9 м3) является фактически продолжением кривой 4, в то время как она должна была бы проходить на удалении от нее в 0,4 °С в области более низких температур. Наклон крутых участков кривых также не одинаков.

Нарушение критерия (1) проявляется и в расположении отдельных точек кривых. В пределах погрешности измерения температуры можно считать совпадающими пары точек на кривых 7 (К= 38,48* 10" м ) и 6 (V = 12,57* 10"9 м3) или 5 (К=11,95* 10"9 м3) при температуре порядка 180,5 °С и 181,0 °С, причем первая из рассматриваемых точек принадлежит «плато». То же самое имеет место для точек кривых 3 (К=0,95* 10"9 м3) и 7 (К =38,48• 10*9 м3) в районе температуры 181,4 °С. На изотерме 181,0 °С возрастание среднего времени жизни перегретой жидкости происходит в следующей последовательности точек кривых: 6, 7, 5, 3, 4. Эта последовательность совсем не соответствует монотонному уменьшению объема. Точки, лежащие на кривых 5 и 6 при температуре 181,0 °С, отношение объемов для которых составляет 1,05, и которые должны были бы практически совпадать, отличаются по величине среднего времени жизни жидкости в состоянии перегрева приблизительно в 5,2 раза.

Как следовало ожидать и как видно из рисунков 3 и 4, кривые, относящиеся к различным объемам перегреваемой жидкости, не образуют ряд эквидистантных прямых, а точки, относящиеся к одной температуре, после приведения к единому объёму не сливаются в одну точку.

Прямое сравнение теоретического значения среднего времени жизни жидкости в состоянии перегрева т (3) с результатами опытов (рис.5) также свидетельствует об отсутствии обратно пропорциональной зависимости г от величины перегреваемого объёма.

Вычисление предэкспоненциального множителя теории За и работы образования критического зародыша 1Укр непосредственно из экспериментальных данных также приводит к значениям, существенно отличающимся от теоретических.

0 12 3 К-М?,**

Рис. 5. Прямое сравнение результатов измерений среднего времени ожидания вскипания с условием гомогенности: а - н-пентан, Т = 146 °С (см. рис.2), Ь - н-гексан, Т= 181 °С (см. рис.3); 1 - теоретическая зависимость (3); 2 — наши экспериментальные результаты.

Такой расчет методом наименьших квадратов по экспериментальным данным изобар средних времен жизни жидкостей приводит к очень большим значениям рассматриваемых параметров. При этом получается IVкр = 7,44-Ю*18

Дж, а 1пУ0 = 1304 (черта означает среднее значение), что превышает

теоретические значения почти в 15 раз. Значение теоретической работы образования при различных температурах получается в 2,4-5-2,9 раза (для диэтилового эфира), 1,4 -ь 3,3 раза (для жидкого этана) и 1,4-5-1,5 раза (для бензола) больше значения работы образования \Укр> вычисленного методом наименьших квадратов по экспериментальным данным изотерм средних времен жизни жидкостей.

Таким образом, опыт не подтверждает гомогенный характер вскипания перегретой жидкости вблизи границы достижимого перегрева и хорошего согласия теории и эксперимента по другим параметрам, кроме температуры достижимого перегрева.

В четвёртой главе представлены результаты изучения функции плотности распределения вероятностей для времен ожидания вскипания перегретых жидкостей. Исследован характер распределения времен ожидания вскипания в больших выборках для н-пентана, н-гексана, и диэтилового эфира и произведена аппроксимация гистограмм различными функциональными зависимостями.

В ходе описываемых экспериментов были получены девять выборок объемом от 70 до 200 измерений для н-пентана, н-гексана и диэтилового эфира. Они характеризуются следующими особенностями. Во-первых, в начале выборки имеется небольшой пустой участок (исключение составляют две выборки для н-гексана: в выборке при 181 °С на начальном интервале в 0,1 с наблюдается одно вскипание из 100 и в выборке при 180,2 °С из 70 вскипаний в

интервале 0,4 с наблюдаются два вскипания с временами, близкими к нулю). Следовательно, функция распределения времен ожидания вскипания имеет максимум. Во-вторых, ее «хвост» отличается от экспоненциального присутствием некоторого количества больших времен.

Немонотонность функции распределения означает нестационарность случайного процесса, приводящего к вскипанию перегретой жидкости [6]. В этом случае плотность распределения вероятностей времен ожидания может быть записана в виде:

ДО = Л(/) • е-о(,) (4)

й(0= /Л(/М (5)

Характер изменения частоты зародышеобразования со временем не

известен, и может определяться различными факторами. Рассмотрим два простейших варианта изменения частоты зародышеобразования со временем: простую релаксацию к постоянному значению частоты зародышеобразования

ЛШ-А^-е^0)' '»I <6>

и зависимость с максимумом и с нулевыми значениями в начале и в конце процесса

Л(/) (7)

Коэффициенты зависимостей (6) и (7) вычисляются из положения максимума гистограммы = и из величины этого максимума. При принятом

способе определения коэффициентов условие нормировки выполняется.

После подстановки (6)-(7) в (4)-(5) получаются довольно сложные для последующего анализа данных соотношения, поэтому нами использовалось и более простое однопараметрическое распределение:

/(Г) = Л2^-е~Х{ (8)

Это распределение удовлетворяет условию нормировки и параметр Л связан с средним временем ожидания простым соотношением:

¿4 (9>

Распределение (8) является нестационарным, поток вскипаний зависит от времени следующим образом:

Л(') = Я'Т7ГТ (ш)

Для сравнения гистограммы выборки с теоретическими распределениями воспользуемся определением плотности распределения вероятностей и найдём число опытов, попадающих в заданный интервал времени. Получим

Ди = ЛГ./(г)-Дг (11)

Здесь N — полное число наблюдений, Ап — число событий в интервале /,/ + А/,

/(/)- плотность распределения вероятностей, которая вычисляется по

формулам (4) - (5) для нестационарных распределений с учётом изменений потока событий во времени (6) - (7) и по формуле (8) однопараметрического распределения. Для экспоненциального распределения (11) приобретает вид:

л Л^ЛГ Ди = ———ехр

у и^ии

В)

для

(12)

Результаты представлены на рис 6. Видно, что наилучшее описание экспериментальных гистограмм дают нестационарные распределения (4) - (5) и распределение (8). Следует признать, однако, что распределение (8), гораздо хуже описывает экспериментальный материал. Причиной этого является его упрощённый (однопараметрический) характер. Но и оно при визуальной оценке оказывается лучше экспоненциального распределения.

Рис.6. Гистограмма выборки из 100 измерений времени ожидания вскипания перегретого н-пентана. Объем исследуемой жидкости У= 7,85-10"10 м3, Т = 145,8 °С, величина начального пустого участка г0= 1.5 с, максимальное

время ожидания г — 200,1с, время,

та*

соответствующее максимуму гистограммы т =15с, среднее время ожидания г = 33,0

Л)

с: 1 - экспоненциальное распределение (12), 2 - экспериментальные данные, 3 -распределение (4)-{5) при использовании зависимости (6), 4 - распределение (4)-(5) при использовании зависимости (7), 5 -распределение (8).

Если вычислить максимальное время, имеющее вероятность появления в серии из 100 измерений 95%, то оказывается, что на практике несколько измерений превышает вычисленное значение. Вероятность такого события равна 0,05". Результаты расчета для рис. 6 представлен в таблице 1.

Таблица 1. Вероятность появления больших времен жизни перегретых жидкостей, вычисленная по экспоненциальному распределению.

Выборка Среднее время жизни в выборке, с Максимальное время жизни в выборке, с 95% граница максимального времени, с Количество измерений выше 95% границы Вероятность

н-пентан (рис. 6) 33,0 200,1 125,0 2 2,5-10"3

Информация о реальной функции распределения содержится также и в малых выборках. В частности, малые выборки позволяют оценить характер распределения по величине пустых промежутков в начале распределения — существенного свойства реального распределения. Так наименьшее значение времени в выборке (т1П (первый член) имеет интегральную функцию распределения вида [7]:

Наличие интегральной функции распределения правилам [7] вычислить дифференциальную и, минимального времени в таких выборках, экспоненциального распределения («=10 измерений) получим математическое ожидание пустого интервала:

(13)

позволяет по обычным затем, среднее значение Таким образом, для

= 1-7=0,1 п

ßT

Для распределения (8) при п=10 имеем:

/1^=0,233.?

(13)

(14)

Рис.7 График зависимости логарифма минимальных времен жизни от логарифма средних времен жизни для н-пентана Точками показаны значения, соответствующие сериям по 10 измерений, где каждая точка соответствует логарифму min значения от логарифма среднего значения для каждой выборки (Всего 71 точка). 1 - логарифм математического ожидания min времени распределения (14) зависимости (8), 2 -

логарифм фактического среднего минимального времени, 3 - логарифм математического ожидания min времени экспоненциального распределения МТт\а (13). 4 - линия, выше которой лежат все экспериментальные точки.

Дополнительная информация к рис. 7 по среднему минимальному времени жизни перегретой жидкости для н-пентана представлена в таблице 2.

Таблица 2-

г,с

Количество измерений в серии Число серий Среднее миним. время по всем сериям, с Средне квадратичное отклонение оценки миним. времени, с Коэффициент Стьюдента Ошибка измерения, с Математическое ожидание миним. времени экспоненциального * распределения, с

10 71 0,274 0,00248 1,96 0,0049 0,1

О 24 48 72 96 С Рис. 8. Сравнение результатов расчета с эмпирической гистограммой: 1 - опытные данные н-пентана для температуры Т = 418.95 К; 2 - результаты расчета по модели

нестационарности процесса

Из таблицы 2. видно, что среднее минимальное время по экспериментальным сериям статистически значимо превышает математическое ожидание минимального времени в случае экспоненциального распределения, поэтому гипотеза об экспоненциальности распределения времени ожидания должна быть отвергнута.

Таким образом, анализ рис. 6-7 и таблиц 1-2 показывает, что свойства экспериментально зафиксированного распределения оказываются

несовместимыми со свойствами экспоненциального распределения: в реальном распределении малые времена появляются гораздо реже, чем в экспоненциальном, а большие - гораздо чаще и, что особенно важно, реальное распределение имеет максимум, который является свидетельством

нестационарности случайного процесса, приводящего к вскипанию жидкости.

Для объяснения внутренней зародышеобразования предлагается качественная модель гомогенного роста дозародышевых пузырьков, которые содержат некоторое количество газа. Результаты представлены на рис 8. Модель качественно описывает экспериментальные данные, как с учетом, так и без учета зависимости поверхностного натяжения пузырька от радиуса кривизны его поверхности.

В пятой главе приведены результаты по изучению вскипания перегретых жидкостей на искусственных центрах зародышеобразования. Экспериментально исследовано влияние модификации поверхности на характер вскипания жидкости в стеклянных капиллярах. Для этого были изготовлены капилляры, модифицированные органическими соединениями, изменяющими смачиваемость исследуемой поверхности. Подготовлены составы покрытий, а также разработаны технологии обработки и нанесения их на внутреннюю поверхность запаянных капилляров. Проведено более 13 серий измерений (рис.9 - рис.10) времени ожидания вскипания перегретого н-пентана в зависимости от температуры на семи капиллярах с внутренним диаметром 1 мм и термостатируемой длиной 100 мм при атмосферном давлении. Капилляры отличались характером покрытия и технологией его нанесения. В качестве первого покрытия, улучшающего смачиваемость исследуемой поверхности капилляра использована смесь алкил-силиконатов натрия и калия, растворимая в этиловом спирте, а в качестве второго - гексадециламин, хорошо растворимый в ацетоне и ухудшающий смачиваемость исследуемой поверхности капилляра.

in(r)

т,°с

Рис 9. Время ожидания вскипания н-пентана в капилляре диаметром - 1000 мкм. (V-4,85-10"8 м3): 1,2-наши данные, полученные на капилляре, внутренняя поверхность которого покрыта слоем, улучшающим смачиваемость (смесь алкил-силиконатов натрия и калия); 3 - то же после разрушения покрытия; 4 - классическая теория зародышеобразования; 5 - по данным E.H. Снннцына и В.П. Скрипова (V=3Ю"* м3);

Рис 10. Время ожидания вскипания н-пентана в капилляре диаметром -1000 мкм. (V-4,85'10*8 м3): 1,2-нашиданные, полученные на капилляре, внутренняя поверхность которого покрыта слоем (гексаде-циламином), ухудшающим смачиваемость (первая и вторая серии измерений); 3 - то же, после 8 серий измерений; 4 - классическая теория зародышеобразовання; 5 - по данным Е.Н. Синицына и В.П. Скрипова (У=З Ю"® м5);

Технология нанесения первого покрытия включала следующие операции: промывку ацетоном внутренней поверхности капилляра, ее сушку нагревом и вакуумированием, заполнение капилляра раствором первого покрытия, нагрев до температур не выше 82 °С, многократную промывку внутренней поверхности капилляра дистиллированной водой с целью закрепления покрытия на поверхности и в конце сушку внутренней поверхности нагревом с вакуумированием.

Технология нанесения второго покрытия предполагает более тщательную промывку внутренней поверхности капилляра. Эта стадия включает промывку «царской водкой», водой, сушку, промывку ацетоном, опять водой и сушку. После промывки и сушки капилляр заливается покрывающим раствором второго типа не менее, чем на 30 мин. Покрывающий раствор удаляется из капилляра и капилляр просушивается. Контроль эффективности технологий нанесения покрытия осуществляется в специальном опыте, состоящем в измерении высоты поднятия эталонного н-гептана в открытом капилляре до и после обработки. Измерения показывают, что высота поднятия увеличивается

приблизительно в два раза.

Нанесение покрытий на внутреннюю поверхность капилляров, улучшающих смачивание, не изменяет температуру перегрева. В результате многократных

вскипаний нанесенное покрытие разрушается, и в системе возникают флуктуационные центры кипения, снижающие перегрев. Аналогичная картина, подобная вскипанию на дефектах, наблюдается при нанесении на внутреннюю поверхность капилляра двойного покрытия.

Полученные результаты показывают, что для достижения гомогенного вскипания требуются более прочные покрытия с еще более хорошим смачиванием. Вместе с тем с помощью покрытий, выполненных по специальной технологии, или после разрушения их актами вскипания можно создавать системы с искусственными флуктуационными центрами кипения и таким образом снижать величину перегрева.

В конце пятой главы показаны результаты более 40 серий опытов по изучению температурной зависимости средних времен ожидания вскипания перегретого н-пентана с малыми добавками поверхностно-активного вещества (полиэтилсилоксана) при атмосферном давлении.

Введение в н-пентан малых добавок маслорастворимого, пленкообразующего ПАВ - полиэтилсилоксана - не изменяет величины поверхностного натяжения и давления насыщенного пара н-пентана, а, следовательно, и его границу флуктуационного зародышеобразования. Присутствие в н-пентане малых добавок полиэтилсилоксана существенно изменяет его взаимодействие со стеклянной стенкой капилляров, что выражается в росте среднего времени жизни и увеличении температуры

перегрева (рис. 11). Гистограммы больших выборок (точки 3 рис. 11) имеют в начале небольшой пустой участок, максимум и длинный неэкспоненциальный «хвост». Форма гистограмм свидетельствует о нестационарном вскипании изучаемых растворов.

Как видно из рис. 11, экранирующая пленка из полиэтилсилоксана оказывается очень не прочной. Она разрушается первым же вскипанием. Для реализации гомогенного зародышеобразования необходимо найти такой ПАВ, который был бы устойчив к вскипанию жидкости или имел меньшее время формирования пленки, хорошо экранирующей н-пентан от стекла.

Т,°С

Рис 11. Результаты измерений зависимости т «-пентана от температуры при атмосферном давлении, концентрация ПАВ 0,6%; 1 - по данным [1, 4] (V = 3*1СГ® м3); 2 — наши данные, <1 = 1000 мкм; 3 — большие выборки при Т =144,4 °С и Т =146 °С, <1 = 1000 мкм; 4 - наши данные, <1 = 100 мкм; 5, 6 - классическая теория для V = 7,85-10"® м3 и V = 7,85'10*,0м3 соответственно;

Завершается работа заключением, в котором сформулированы основные результаты диссертации:

1. Сделан обзор литературы по кинетике вскипания перегретых жидкостей, из которого следует, что наиболее информативным является измерение времени ожидания их вскипания в стеклянных капиллярах. Отмечены недостатки метода — априорные предположения о гомогенности вскипания жидкости вблизи границы достижимого перегрева и об экспоненциальности распределения времен ожидания вскипания (стационарный случайный процесс) и введение на этом основании поправок в экспериментальные выборки.

2. Измерены времена релаксации давления и температуры при переводе жидкости в заданное мета стабильное состояние в стеклянных капиллярах. На этой основе усовершенствована методика измерений среднего времени жидкости в перегретом состоянии и создана автоматизированная на базе ПК экспериментальная установка, позволяющая производить предварительное обезгаживание исследуемой жидкости и получать выборки времен ожидания вскипания, не требующие введения поправок.

3. Проведены измерения средних времен ожидания вскипания обезгаженных н-пентана и н-гексана в капиллярах различного объема. Полученные результаты находятся в хорошем согласии по температуре с данными более ранних работ.

5. По экспериментальным данным произведены независимые оценки основных параметров классической теории гомогенного зародышеобразования: предэкспоненциального множителя теории Л и работы образования критического зародыша IVкр. Такой расчет методом наименьших квадратов по экспериментальным данным изобар и изотерм средних времен жизни жидкостей приводит, к значениям \Укр и существенно отличающимся от теоретических. Таким образом, из результатов 4 и 5 следует, что вскипание перегретой жидкости вблизи границы достижимого перегрева не является гомогенным.

6. В опытах с н-пентаном, н-гексаном и диэтидовым эфиром вблизи границы достижимого перегрева изучено статистическое распределение времен ожидания вскипания. Показано, что в начале гистограмм присутствует небольшой пустой участок, затем следует резкий подъем кривой к максимуму и длинный неэкспоненциальный спад. Такой вид плотности распределения вероятностей характерен для нестационарных процессов. Предложена феноменологическая модель нестационарного зародышеобразования.

7. Изучено вскипание перегретых н-пентана, н-гексана и диэтилового эфира на флуктуационных центрах искусственного происхождения. Существуют две заметно отличающиеся группы центров. В присутствии любых центров перегрев жидкости снижается, но остается достаточно высоким, а вскипание случайным. Центры первой группы снижают температуру перегрева на несколько градусов и поддаются разрушению. Центры второй группы снижают перегрев на несколько десятков градусов, граница перегрева проявляется очень резко и характеризуется гистерезисом.

8. Экспериментально исследовано вскипание перегретого н-пентана в стеклянных капиллярах, поверхность которых предварительно модифицировалась органическими соединениями, изменяющими её смачиваемость. Для всех рассмотренных покрытий улучшающих и уменьшающих смачиваемость наблюдается общая закономерность. В первых сериях измерений достигаются температуры перегрева, близкие к полученным ранее без всяких покрытий. При дальнейших измерениях температуры достижимого перегрева снижаются до 120-132 °С вследствие разрушения покрытия актами вскипания и возникновения флуктуационных центров кипения. Проведенные опыты служат основой способа снижения перегрева жидкостей.

9. Экспериментально исследована кинетика вскипания н-пентана при введении в него малых добавок маслорастворимого, пленкообразующего поверхностно-активного вещества (ПАВ), не изменяющего величину поверхностного натяжения и давления насыщенного пара н-пентана — свойств, ответственных за величину температуры достижимого перегрева. Присутствие в жидкости такого ПАВ выражается в росте среднего времени жизни перегретой жидкости и в некотором увеличении температуры перегрева. Пленки этого ПАВ также оказываются неустойчивыми по отношению к вскипанию.

Основное содержание диссертации представлено в следующих

публикациях.

1. Ермаков Г.В., Липнягов Е.В. "Решение уравнения Гиббса-Толмена-Кенига-Баффа с учётом зависимости длины Толмена от кривизны поверхности зародышевого пузырька". // Сборник научных трудов Института теплофизики УрО РАН "Метастабильные состояния и фазовые переходы", выпуск 1, Екатеринбург, 1997. С.100-110.

2. Ермаков Г.В., Липнягов Е.В., Перминов С.А. "Результаты экспериментального изучения среднего времени жизни хорошо обезгаженного н-пентана в перегретом состоянии." // Институт теплофизики УрО РАН: Екатеринбург, 1998 г., 15 стр. Деп. в ВИНИТИ 02.07.98. № 2052-В98.

3. Ермаков Г.В., Липнягов Е.В., Смоляк Б.М., Перминов С.А. и др. "Кинетика вскипания и граница достижимого перегрева хорошо обезгаженного н-пентана", Труды Второй Российской национальной конференции по теплообмену. В 8 томах, Т.4, М: Издательство МЭИ, октябрь 1998. С.103-107

4. Ермаков Г.В., Липнягов Е.В., Михалевич Л.А., Перминов С.А., Смоляк Б.М. "Проверка гомогенности вскипания в стеклянных капиллярах сильно перегретого хорошо обезгаженного н-пентана." // Институт теплофизики УрО РАН: Екатеринбург, 1999 г., 32 стр. Деп. в ВИНИТИ 12.05.99. №1479-В99.

5. Липнягов Е.В. "Экспериментальная проверка гомогенности вскипания сильно перегретой жидкости." // Труды VI Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики.», Новосибирск, 25-29 апреля 2000 г. С.146-147

6. Ермаков Г.В., Перминов С.А., Липнягов Е.В. "Образование паровых зародышей в перегретой жидкости на газовых включениях." // Труды IV

Минского международного форума по тепло- и массопереносу, Минск: АНК "ИТМО им. A.B.Лыкова" НАНБ, май-июнь 2000. С.5.

7. Ermakov G.V., Parshakova М.А, Lipnyagov E.V. "Homogeneous Boundary of the Attainable Superheat of Liquids by the "Theory of Surges",", // The Journal of Physical Chemistry B, Vol. 105, No. 3, 2001, 696-701.

8. Ермаков Г.В., Липнягов E.B., Михалевич Л.А., Падерин И.М., Паршакова М.А., Перминов С.А., Перельштейн Г.Н., Смоляк Б.М. "Перегрев, вскипание, кипение жидкостей и случайные процессы." // Труды XIII школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Физические основы экспериментального и математического моделирования процессов газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках.", В 2 томах, Санкт-Петербург, 20-25 мая 2001 г., Издательство МЭИ, Т.1, С.320-323

9. Ермаков Г.В., Липнягов Е.В., Перминов С.А.. "Изучение характера вскипания жидкости вблизи границы её достижимого перегрева." // ТВТ, Москва: Издательство "Наука", 2001 г., Т.39, №6, С.889-897.

10. Перминов С.А., Ермаков Г.В., Липнягов Е.В. "Статистическая обработка результатов экспериментов но исследованию вскипания перегретой (жидкости^ вблизи границы достижимого перегрева".// Сборник научных

. трудов Института теплофизики УрО РАН, выпуск 5, Екатеринбург, 2001. С.183-197

1 ¡.Ермаков Г.В,, Липнягов Е.В., Михалевич Л.А., Падерин И.М., Паршакова ^М.А., Перминов С.А., Перелынтейн Г.Н., Смоляк Б.М. "Вероятностный "анализ времен ожидания вскипания перегретых жидкостей в различных

: системах".// Труды III Российской национальной конференции по

. теплообмену, В 8 томах. Т.4, М.: Издательство МЭИ, 2002, С.84-87

12. Перминов С.А., Ермаков Г.В., Липнягов Е.В. "Нестационарный поток зародышеобразования в перегретом н-пентане"У/ Труды III Российской

, национальной конференции по теплообмену, В 8 томах. Т.4, М.; Издательство МЭИ, 2002, С.152-156

13.Липнягов Е.В., Ермаков Г.В., Перминов С. А, "Экспериментальное исследование вскипания сильно перегретой жидкости на искусственных флуктуационных центрах кипения".// Труды III Российской национальной

. конференции но теплообмену, В 8 томах. Т.1, М.: Издательство МЭИ, 2002, С.80-83

14. Перминов С.А., Ермаков Г.В., Липнягов Е.В. "Вычисление параметров зависимости времени жизни перегретого пентана от температуры".// Труды III Российской национальной конференции по теплообмену, В 8 томах. Т.4, М.: Издательство МЭИ, 2002, С.156-159

15. Липнягов Е.В., Свиридов В.В. (мл.), Перминов С.А., Ермаков Г.В., Свиридов В.В. "Исследование кинетики вскипания жидкости в стеклянных капиллярах, модифицированных органическими соединениями, изменяющими смачиваемость поверхности." // Труды XIV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках.", В 2-х томах, Рыбинск, 2003 г., Издательство МЭИ, T.I, С.410-413.

16.Липнягов Е.В., Перминов С.А., Ермаков Г.В., Смоляк Б.М. "Экспериментальная установка, методика проведения опытов и некоторые

результаты измерений объемной зависимости среднего времени жизни перегретых жидкостей."// Сборник научных трудов Института теплофизики УрО РАН, выпуск 7, Екатеринбург, 2004, С.260-273.

17. Липнягов Е.В., Ермаков Г.В., Михалевич Л.А., Перминов С.А., Свиридов В.В. (мл.), Свиридов В.В., АбельскиЙ Д.А. "Изучение температурной зависимости средних времен ожидания вскипания перегретого н-пеитана с малыми добавками полизтилсилоксаиа при атмосферном давлении." //Труды XV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева ''Проблемы газодинамики и. • тепломассообмена в энергетических установках.". В 2-х томах, Калуга, 2327 мая 2005 г., М.: Издательство МЭИ, Т.1, 351-354 с.

18. Ермаков Г.В., Липнягов Е.В. "Вычисление работы образования критического зародыша из данных по кинетике вскипания перегретых жидкостей."// Труды XI Российской конференции по теплофшическим свойствам веществ, Санкт-Петербург: СПбГУНиГТГ, 4-7 октября 2005 г, ТЛ, 127 с.

19.Липнягов Е.В., Перминов С.А., Ермаков Г.В. "Вычисление характеристик перегретой жидкости из экспериментальных данных по кинетике зароды шеобразоваии я."// Тезисы Ш Российского совещания «Метастаб ильные состояния и флуктуационные явления», ИТФ УрО РАН, г, Екатеринбург, 18-20 октября 2005 г, 2 стр.

Список цитированной литературы.

1. Скрипоз В.П. Метастабильная жидкость. - М: Наука - 1972. - 312с.

2. Скрипов В.П., Синицын E.H., Павлов П.А., Ермаков Г.В. и др. Теплофизические свойства жидкостей в метастабильном состоянии. - М: Атомиздат. - 1980. - 208с.

3. Веркин Б.И., Кириченко Ю.А., Русанов К.В. Теплообмен при кипении криогенных жидкостей. Киев: Наукова думка, 1987.-262с.

4. Ермаков Г.В. Термодинамические свойства и кинетика вскипания перегретых жидкостей. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 272 с.

5. Синицын E.H. Исследование кинетики зародышеобразования в перегретых жидкостях: Дис.... канд. физ.-мат. наук. Свердловск: УГТИ им. СМ. Кирова, 1967.231 с.

6. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.

7. Справочник по теории вероятностей и математической статистике, М: Наука. - 1985.-640 с.

Подписано в печать 06.09.2006 Формат 60 х 84 1/16. Усл. печ. л. 1,39. Тираж 80 экз. Заказ № 1647 Отпечатано в типографии ООО «Издательство УМЦ УПИ» 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 17, оф. С-123

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Липнягов, Евгений Владимирович

Оглавление.

Основные обозначения.

Введение.

1. Основные положения термодинамики и кинетической теории образования паровых зародышей в перегретых жидкостях. Сравнение экспериментальных данных по перегреву жидкостей.

1.1. Однородные метастабильные состояния и их термодинамическое описание.

1.2. Основные положения термодинамики микрогетерогенной системы жидкость-пар.

1.3. Вскипание перегретой жидкости как случайное явление.

1.4. Кинетическая теория гомогенного зародышеобразования.

1.5. Методы и некоторые результаты экспериментального изучения кинетики вскипания перегретых жидкостей.

1.6. Вскипание перегретых жидкостей в присутствии гладких и пористых металлических поверхностей.

1.7. Сравнение и интерпретация экспериментальных результатов.

1.8. Выводы по 1 главе.

1.9. Постановка задачи.

2. Экспериментальная установка и методика измерений среднего времени жизни перегретой жидкости.

2.1. Описание экспериментальной установки.

2.2. Определение времени установления равновесия по давлению и температуре.

2.3. Дегазация исследуемой жидкости.

2.4. Оценка погрешностей измерений.

2.5. Выводы и основные результаты главы 2.

3. Результаты изучения зависимости среднего времени жизни перегретой жидкости от величины перегреваемого объема.

3.1. Первичные результаты измерений.

3.2. Результаты измерений для н-пентана и н-гексана после приведения к одному объему.

3.3. Прямое сравнение результатов измерений с теоретической зависимостью среднего времени жизни перегретой жидкости от ее объема (н-пентан, н-гексан).

3.4. Вычисление предэкспоненциального множителя и работы образования критического зародыша из экспериментальных данных.

4. Результаты изучения плотности распределения вероятностей времен ожидания вскипания перегретых жидкостей.

4.1. Распределение времен ожидания вскипания в больших выборках.

4.2. Вычисление вероятностей появления пустых интервалов в начале гистограммы и больших значений времени жизни.

4.3. Восстановление плотности распределения вероятностей для времен ожидания вскипания перегретой жидкости методом моментов.

4.4. Анализ плотности распределения по совокупности малых выборок для всех исследованных жидкостей.

5. Изучение вскипания перегретых жидкостей на искусственных центрах зародышеобразования, в капиллярах с поверхностями, модифицированной гидрофобными соединениями и с малыми добавками ПАВ.

5.1. Изучение вскипания перегретых жидкостей на искусственных центрах зародышеобразования.

5.2. Влияние модификации поверхности на характер вскипания жидкости в стеклянных капиллярах, методика осуществления модификации.

5.3. Изучение температурной зависимости средних времен ожидания вскипания перегретого н-пентана с малыми добавками поверхностно-активного вещества (полиэтилсилоксана) при атмосферном давлении

5.4. Выводы к главе 5.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование характера вскипания перегретых жидкостей вблизи границы достижимого перегрева"

Кипение, т.е. процесс интенсивного парообразования, характеризующийся непрерывным возникновением и ростом внутри жидкости пузырьков пара, играет важную роль во многих технологических процессах. Исследования этого явления ведутся давно и с всё возрастающей интенсивностью, стимулируемые такими важными приложениями как энергетика, в том числе ядерная, ракетная техника, металлургия и машиностроение, химическая и пищевая промышленность. В области изучения кипения сделано очень много, однако, сегодня ещё нельзя утверждать, что существует достаточно глубокое понимание механизмов кипения. Эксперименты по кипению характеризуются высокой степенью невоспроизводимости [1-5]. Результаты могут заметно отличаться не только у разных экспериментаторов, но и при повторении измерений на одной и той же установке в полностью воспроизводимых условиях.

Сохранение старой фазы в области, где должна образоваться новая фаза, означает, что старая фаза перешла из абсолютно устойчивого состояния в метастабильное. Метастабильное состояние временное, т.е. рано или поздно старая фаза, вторгшаяся на чужую территорию, переродится, и система перейдет в новое фазовое состояние. Таким образом, принципиальное отличие метастабильных фазовых состояний от стабильных в том, что имеется конечное время существования метастабильных состояний (время жизни т). Время существования метастабильного состояния является случайной величиной, и физический смысл имеет среднее время жизни, которое определяется параметрами состояния системы. Другой важной характеристикой метастабильного состояния является величина радиуса критического зародыша гкр. Физический смысл этого радиуса ( гкр) таков: если зародыш меньше критического размера, то он должен исчезнуть; если больше, то с него начнется рост новой фазы.

Современная теория образования паровых зародышей в сильно перегретых жидкостях (теория Зельдовича-Кагана) предполагает, что случайный процесс, приводящий к возникновению жизнеспособного пузырька, имеет гомогенный и стационарный характер. Из этих предположений следует, что при заданных температуре и давлении среднее время ожидания вскипания должно изменяться обратно пропорционально объёму перегреваемой жидкости, а функция распределения вероятностей времен ожидания должна быть экспоненциальной. Ещё в 1972 году в своей монографии академик В.П. Скрипов высказывал мысль о необходимости проверки выполнения этих закономерностей в реальных экспериментах. Однако до сих пор такая проверка не была осуществлена. Обсуждая гомогенность вскипания, авторы обычно ссылаются на хорошую (но не абсолютную) смачиваемость стекла исследуемыми жидкостями, а стационарность зародышеобразования оправдывают теоретическими оценками, которые дают для времени релаксации функции распределения очень малое время - 10"9 с.

Предположение об экспоненциальном распределении времен ожидания вскипания стало элементом экспериментальной методики: часы на измерение времени жизни жидкости в перегретом состоянии включали одновременно с началом окончательного сброса давления, а затем, в силу одного из свойств экспоненциального распределения, из каждого члена полученной выборки вычитали некоторую постоянную временную поправку, учитывающую релаксацию давления и температуры. При соответствующем подборе этой поправки распределение оказывалось близким к экспоненциальному, а теоретические и экспериментальные значения температуры достижимого перегрева согласовывались обычно в пределах 1 °С. Этого нельзя сказать о временах ожидания вскипания. Если вблизи температуры достижимого перегрева, в интервале 1-2 °С, расхождения теоретических и экспериментальных значений среднего времени жизни составляют обычно 2-3 порядка, то за пределами этого интервала количественное сравнение теории и эксперимента вообще невозможно.

Постепенно накапливался экспериментальный материал, обсуждаемый в первой главе и делающий экспериментальную проверку гомогенности и стационарности вскипания перегретой жидкости вблизи границы достижимого перегрева все более актуальной.

Таким образом, цель работы состояла в экспериментальном исследовании гомогенности и стационарности случайного процесса, приводящего к образованию жизнеспособного зародыша пара, вблизи границы достижимого перегрева, выяснения влияния флуктуационных центров, поверхностно-активных покрытий стенок ячейки и внесения в исследуемую жидкость малых добавок поверхностно-активных веществ на положение границы достижимого перегрева и кинетику вскипания.

Для достижения этой цели было необходимо решение следующих задач:

- изучение вскипания перегретых жидкостей на искусственных центрах зародышеобразования;

В результате проделанной работы получены следующие новые результаты:

1. Усовершенствована технология измерений среднего времени жизни жидкостей в перегретом состоянии. На этой основе создана автоматизированная экспериментальная установка с системой предварительного обезгаживания исследуемых жидкостей. Получаемые на установке статистические выборки не требуют корректировок.

2. Проведены измерения средних времён ожидания вскипания обезгаженного н-пентана, н-гексана и диэтилового эфира в капиллярах различного объема. Сделаны новые независимые оценки основных параметров классической теории гомогенного зародышеобразования по экспериментальным данным, которые не подтверждают хорошего согласия теории и результатов опытов. В результате показано, что вблизи границы достижимого перегрева условие гомогенности вскипания не выполняется.

3. Изучен характер распределения времен ожидания вскипания вблизи границы достижимого перегрева трех жидкостей: н-пентана, н-гексана и диэтилового эфира. Показано, что функция плотности распределения вероятностей времен ожидания имеет максимум, является нестационарной.

4. Проведено экспериментальное исследование семи систем с искусственными центрами на трех различных жидкостях: н-пентан, н-гексан и диэтиловый эфир. Обнаружены две группы центров, существенно по-разному влияющих на характер вскипания перегретой жидкости.

5. Экспериментально показано, что с помощью покрытий поверхности капилляра, выполненных по специальной технологии, или после разрушения их актами вскипания можно создавать системы с искусственными флуктуационными центрами кипения и, таким образом, снижать величину перегрева.

6. Измерены времена жизни перегретого н-пентана с малыми (до 0,8% по массе) добавками маслорастворимого, пленкообразующего поверхностно-активного вещества (ПАВ) - полиэтилсилоксана. Малые добавки ПАВ не изменяют основных свойств н-пентана, оказывающих влияние на степень перегрева. Во всех случаях наблюдается значительное увеличение среднего времени ожидания вскипания перегретой жидкости и увеличение температуры перегрева в пределах около 1К.

На защиту выносятся следующие результаты:

Полученные результаты по исследованию характера вскипания перегретых жидкостей вблизи границы достижимого перегрева с учетом дегазации жидкости и поверхности капилляра способствуют более глубокому пониманию природы воздействия вскипания перегретой жидкости на контактирующую с ней поверхность.

Основные результаты работы докладывались на П-ой Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 1998г.), IV-om Международном форуме по тепло и массообмену (Минск, 2000г.), VI-ой Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики.» (Новосибирск, 2000г.), ХШ-ой Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Физические основы экспериментального и математического моделирования процессов газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках." (Санкт-Петербург, 2001г.), III-ей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002г.), XIV-ой Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках." (Рыбинск, 2003г.), XV-ой Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках." (Калуга, 2005г.), XI-ой Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ (Санкт-Петербург, 2005г.), Ш-ем Российском совещании «Метастабильные состояния и флуктуационные явления» (ИТФ УрО РАН, г. Екатеринбург, 18-20 октября 2005 г)

По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в рецензируемых журналах, 3 в сборниках трудов Института теплофизики, 12 статей в сборниках докладов на международных и российских конференциях, рукописи 2 статей депонированы в ВИНИТИ. Библиографический список представлен в конце диссертации

Лично автором создана экспериментальная установка, проведены все измерения, обработаны полученные экспериментальные данные, сделан анализ полученных результатов, предложена модель нестационарного зародышеобразования, на её основе выполнены сравнительные расчёты, подготовлены к печати публикации.

Диссертация содержит введение, пять глав, заключение и приложение, в котором приводятся таблицы экспериментальных и расчётных данных. Работа изложена на 148 страницах текста формата А4, содержит 48 рисунков, 4 таблицы и список цитируемой литературы из 104 наименований. Приложение содержит 6 таблиц на 23 страницах текста формата А4. Работа выполнялась в Институте теплофизики УрО РАН в лаборатории свойств веществ и сверхпроводящих материалов.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

Основные результаты и выводы.

1. Сделан обзор литературы по кинетике вскипания перегретых жидкостей, из которого следует, что наиболее информативным является измерение времени ожидания их вскипания в стеклянных капиллярах. Отмечены недостатки метода - априорные предположения о гомогенности вскипания жидкости вблизи границы достижимого перегрева и об экспоненциальности распределения времен ожидания вскипания (стационарный случайный процесс) и введение на этом основании поправок в экспериментальные выборки.

2. Измерены времена релаксации давления и температуры при переводе жидкости в заданное метастабильное состояние в стеклянных капиллярах. На этой основе усовершенствована методика измерений среднего времени жидкости в перегретом состоянии и создана автоматизированная на базе ПК экспериментальная установка, позволяющая производить предварительное обезгаживание исследуемой жидкости и получать выборки времен ожидания вскипания, не требующие введения поправок.

4. Теоретическая зависимость средних времен ожидания вскипания от объема перегреваемой жидкости, являющаяся следствием гомогенности и стационарности вскипания, вблизи границы достижимого перегрева экспериментальными данными не подтверждается, и, таким образом, вскипание перегретой жидкости вблизи границы достижимого перегрева не является гомогенным.

5. По экспериментальным данным произведены независимые оценки основных параметров классической теории гомогенного зародышеобразования: предэкспоненциального множителя теории Jo и работы образования критического зародыша WKp. Такой расчет методом наименьших квадратов по экспериментальным данным изобар и изотерм средних времен жизни жидкостей приводит к значениям WKp и Jo, существенно отличающимся от теоретических. Таким образом, из результатов 4 и 5 следует, что вскипание перегретой жидкости вблизи границы достижимого перегрева не является гомогенным.

6. В опытах с н-пентаном, н-гексаном и диэтиловым эфиром вблизи границы достижимого перегрева изучено статистическое распределение времен ожидания вскипания. Показано, что в начале гистограмм присутствует небольшой пустой участок, затем следует резкий подъем кривой к максимуму и длинный неэкспоненциальный спад. Такой вид плотности распределения вероятностей характерен для нестационарных процессов. Предложена феноменологическая модель нестационарного зародышеобразования.

9. Экспериментально исследована кинетика вскипания н-пентана при введении в него малых добавок маслорастворимого, пленкообразующего поверхностно-активного вещества (ПАВ), не изменяющего величину поверхностного натяжения и давления насыщенного пара н-пентана - свойств, ответственных за величину температуры достижимого перегрева. Присутствие в жидкости такого ПАВ выражается в росте среднего времени жизни перегретой жидкости и в некотором увеличении температуры перегрева. Пленки этого ПАВ также оказываются неустойчивыми по отношению к вскипанию.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Липнягов, Евгений Владимирович, Екатеринбург

1. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М: Наука - 1972. - 312с.

2. Скрипов В.П., Синицын Е.Н., Павлов П.А., Ермаков Г.В. и др. Теплофизические свойства жидкостей в метастабильном состоянии. М: Атомиздат. - 1980. - 208с. 3.

4. Несис Е.И. Кипение жидкостей. М.: Наука, 1973. - 280 с.

5. Ермаков Г.В. Термодинамические свойства и кинетика вскипания перегретых жидкостей. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 272 с.

6. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982. 584 с.

7. Семенченко В.К. Избранные главы теоретической физики. М.: Просвещение, 1966. 396 с.

8. Фольмер М. Кинетика образования новой фазы. М. "Наука" 1986. 206 с.

9. Зельдович Я.Б. К теории образования новой фазы. Кавитация. // Журн. эксперим. и теор. физ., 1942, т. 12, №11-12, с. 525-538.

10. Каган Ю.М. О кинетике кипения чистой жидкости // Журнал, физ. химии., 1960, т.34, №1, с. 92-101.

11. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. JL: Наука, 1975. - 592с.

12. Doring W. Die Uberhitsungsgrense und Zerreissfestigkeit ven Flussigkeiten // Z. Phys. Chem., (B), 1937. - Bd.36, H. 5/6. - S.371-386.

13. Volmer M., Weber A. Keimbildung in ubersattigten Gebilden // Z. Phys. Chem., 1926. -Bd.119. - S.277-301.

14. Скрипов В.П., Ермаков Г.В. Давление пара в зародышевом пузырьке // Коллоид, ж. 1967. Т. 29, № 5. С. 724—727.

15. Ермаков Г.В., Скрипов В.П. Вычисление давления в зародыше новой фазы при переходе жидкость—пар // Коллоид, ж. 1993. Т. 55, № 1. С. 70—76.

16. Леонтович М.А. Введение в термодинамику. Статистическая физика. М.: Наука, 1976. 4.1.

17. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.

18. Дерягин Б. В. Общая теория нуклеации. Теория гомогенной конденсации при умеренном пересыщении // ДАН СССР. 1970. Т. 193, № 5. С. 1096-1099.

19. Дерягин Б.В. Общая теория образования новой фазы. Статическая кавитация в нелетучей жидкости // ЖЭТФ. 1973. Т. 65, вып. 6 (12). С. 2261- 2271.

20. Дерягин Б.В., Прохоров А.В., Туницкий Н.Н. Статистическая термодинамика образования новой фазы. П. Теория вскипания летучих жидкостей // ЖЭТФ. 1977. Т. 73 вып. 5 (11). С. 1831—1848.

21. Синицын Е.Н. Исследование кинетики зародышеобразования в перегретых жидкостях: Дис. . канд. физ.-мат. наук. Свердловск: УПИ им. СМ. Кирова, 1967.231 с.

22. Павлов П.А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей. Свердловск: УрО АН СССР, 1988. 244 с.

23. Байдаков В.Г. Перегрев криогенных жидкостей. Екатеринбург: УрО РАН, 1995.264 с.

24. Хвольсон О.Д. Курс физики. Т. 3. РСФСР, Гос. Изд-во, 1923

25. Wakeshima Н., Takata К. On the Limit of Superheat //J. Phys. Soc. Japan. 1958. V. 13, N 11. P. 1398—1403.

26. Sinha D.B., Jalaluddin A.K. Indian J. Phys., 1961, v 35, p. 311.

27. Jalaluddin A.K., Sinha D.B. Indian J. Phys., 1962, v 36, p. 312.

28. Basu D.K., Sinha D.B. Indian J. Phys., 1968, v 42, p. 198.

29. Никитин Е.Я., Павлов П.А. Плотность центров парообразования в воде на платиновой проволоке //ТВТ. 1980. Т. 18. М 6. С. 1237.

30. Wismer K.L. //J. Phys. Chem. 1922. V. 26. P. 301.

31. Kenrick F.B., Gilbert C.S., Wismer K.L.//J. Phys. Chem. 1924. V. 28. P. 1297.

32. Александров Ю.А., Воронов Г.С., Горбунков B.M., Делоне Н.Б., Нечаев Ю.И. Пузырьковые камеры. М., Госатомиздат, 1963.

33. Синицын Е.Н., Скрипов В.П. Измерение средних времен жизни перегретых жидкостей с помощью пузырьковой камеры. // Приборы и техника эксперим., 1966, №4, с. 178.

34. Синицын Е.Н. О вскипании перегретых жидкостей в стеклянных капиллярах. // ТВТ. 1984. - Т.22, №2. - С. 400-402.

35. Скрипов В.П., Синицын Е.Н. Кинетика вскипания перегретого н-пентана; ЖФХ. 1968, т.42, с. 844.

36. Синицын Е.Н., Усков B.C. Вскипание перегретой жидкости в присутствии металлической поверхности в изотермических условиях // ИФЖ. 1983. Т. 19., №1. - С. 19-22.

37. Ермаков Г.В., Смоляк Б.М. Гетерогенное вскипание жидкости вблизи границы достижимого перегрева // ДАН СССР. 1986. Т. 286, № 5. С. 1159—1162.

38. Ермаков Г.В., Решетников А.В. Кинетика вскипания слабо перегретых жидкостей. ТВТ, 1985, т.23, № 2, с. 405 407.

39. Ермаков Г.В., Ермаков Д.Г., Зиновьева А.Е., Перминов С.А. Модели "островков" Френкеля и кинетика вскипания сильно перегретых жидкостей. ТВТ, 1997, т.35, №2, с. 755-759.

40. Падерин И.М., Усков B.C., Ермаков Г.В. Кинетика вскипания перегретой жидкости в присутствии пористой и гладкой поверхностей. ТВТ, 1994, Т.34, №6. с. 863-866.

41. Падерин И.М., Ермаков Г.В., Гулецкая И.Ф. Кинетика вскипания перегретой жидкости в процессе «приработки» инициирующей поверхности. ТВТ. 1995, т. 33., №1, с.77-80.

42. Смоляк Б.М., Павлов П.А. О гетерогенном зародышеобразовании при перегреве воды в чистых условиях // Термодинамические свойства метастабильных систем и кинетики фазовых превращений. Свердловск. -1985.-с. 44-49.

43. Синицын Е.Н. О гетерогенном вскипании перегретой жидкости / Отдел физико-технических проблем энергетики УНЦ АН СССР Свердловск, 1982. - 13с. - Деп. в ВИНИТИ 24.03.82, №1303 - 82.

44. Ермаков Г.В., Скрипов В. П. Экспериментальная проверка теории гомогенного зародышеобразования в перегретых жидкостях //ЖФХ. 1969. Т. 43, №9. С. 2214—2217.

45. Ермаков Г.В., Байдаков В.Г., Скрипов В.П. Плотность перегретого диэтилового эфира и граница устойчивости жидкого состояния И Ж. физ. химии. 1973. Т. 47, № 4. С. 1026—1027.

46. Павлов П.А., Попель П.С. Плотность центров парообразования в объёме перегретой воды // Теплофизические свойства жидкостей и взрывное вскипание. Свердловск, - 1976. - С. 59-64.

47. Байдаков В.Г., Каверин A.M. // ТВТ. 1990 Т. 28, N 1. С. 90

48. Данилов Н.Н., Синицын Е.Н., Скрипов В.П. Кинетика вскипания перегретых бинарных растворов // Теплофизика бинарных систем. -Свердловск: УНЦ АН СССР, 1977. - С.28-42.

49. Виноградов В.Е., Синицын Е.Н. Кинетика вскипания перегретой диссоциирующей жидкости // Метастабильные состояния при фазовых превращениях. Свердловск, 1980. С. 12—19.

50. Павлов П. А., Дерябин О.Н. Вскипание эмульсий при импульсном разогреве // ТВТ. 1985. Т. 23, № 1. С. 183—185.

51. Вскипание перегретых жидкостей в микрокапиллярах / Г.В. Ермаков, Р.Б. Нурбаев, JI.A. Михалевич, Б.М. Смоляк, С.А. Перминов //Институт теплофизики УрО РАН: Екатеринбург, 1997. 41 с. Деп. в ВИНИТИ 07.02.97, № 357-В97.

52. Ермаков Г.В., Тетюшкина З.А., Михалевич Л.А. Закипание азота на высокотемпературной сверхпроводящей керамике // Труды первой Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 4. М.: МЭИ, 1994. С. 106-111.

53. Ермаков Г.В., Михалевич Л.А., Перминов С.А. Статистические характеристики закипания жидкостей; Труды II Российской национальной конференции по теплообмену. 1998, т.4, с. 107-110.

54. Ермаков Г.В., Михалевич JI.A., Перминов С.А. Статистические характеристики закипания и кипения воды на горизонтальном проволочном нагревателе // Метастабильные состояния и фазовые переходы. Вып. 3. Екатеринбург, 1999. С. 203—212.

55. Glaser D.A. Bubble chamber tracks of penetrating cosmic ray particles // Phys. Rev. 1953. - V.91, №3. - P. 762-763.

56. Вавилов П.В. О пузырьковой камере // ЖЭТФ. 1957. - Т.32, №10. -С.1568-1569.

57. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия, 1969. 439 с

58. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1969. 512с.

59. Ермаков Г.В., Перминов С.А., Липнягов Е.В. "Образование паровых зародышей в перегретой жидкости на газовых включениях." // Труды IV Минского международного форума по тепло- и массопереносу, Минск: АНК "ИТМО им. А.В.Лыкова" НАНБ, май-июнь 2000. С.5.

60. Ермаков Г.В., Липнягов Е.В., Перминов С.А. "Изучение характера вскипания жидкости вблизи границы её достижимого перегрева." // ТВТ, Москва: Издательство "Наука", 2001 г., Т.39, №6, С.889-897.

61. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Физматгиз, 1963, 708 с.

62. Байдаков В.Г, Каверин A.M., Сулла И.И. // ТВТ. 1989. Т.27, N 2, С. 410.

63. Сулла И.И. Поверхностное натяжение и кинетика зародышеобразования в растворах ожиженных газов: Дис. . канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург: УГТУ-УПИ им. СМ. Кирова, 1992. 157 с.

64. Вентцель Е.С., Овчаров J1.A. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Наука, 1992. 432с.

65. Collins F.C. Z. Electrochem., 1955, Bd 59, S. 404.

66. Frisch H.L. J. Chem. Phys. 1957, v. 27, p. 90

67. Справочник по теории вероятностей и математической статистике./ Королюк B.C., Портренко Н.И., Скороход А.В., Турбин А.Ф. М: Наука, 1985. - 640 с.

68. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров; Изд. Наука: Москва, 1973; 832 с.

69. Tolman R. С. The effect of droplet size on surface tension // J. Phys. 1949. V. 17, N 3.P. 333—337.

70. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. М.: Изд-во иностр. лит., 1967. 291 с.

71. Русанов А. И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. JL: Химия, 1967.388 с.

72. Белослудов В. Р., Набутовский В. М. Вклад сил Ван-дер-Ва-альса в термодинамику сферической частицы // ЖЭТФ. 1975. Т. 68, № 6. С. 2177— 2184.

73. Бродская Е. Н., Русанов А. И. Исследование малых систем методом молекулярной динамики // Коллоид, ж. 1977. Т. 39, № 4. С. 646—656.

74. Ермаков Г. В. Граница устойчивости фазы и зависимость поверхностного натяжения зародыша от радиуса кривизны его поверхности // Теплофизика высоких температур. 1978. Т. 16, № 2. С. 294—298.

75. Ермаков Г. В., Семенова Н. М. Зависимость поверхностного натяжения от радиуса кривизны поверхности раздела фаз в приближении постоянства толщины переходного слоя // Фазовые превращения и неравновесные процессы. Свердловск, 1980. С. 81—84.

76. Байдаков В. Г. Устойчивость метастабильного ван-дер-ваальсовского флюида. III // Теплофизические исследования перегретых жидкостей. Свердловск, 1981. С. 29—48.

77. Малышенко С.П. Влияние искривленной границы раздела фаз на поверхностное натяжение и кинетику зародышеобразования в жидкостях // Теплофизика высоких температур. 1994. Т. 32, № 5. С. 718—725.

78. Ermakov G.V., Parshakova М.А, Lipnyagov E.V. "Homogeneous Boundary of the Attainable Superheat of Liquids by the "Theory of Surges".", // The Journal of Physical Chemistry B, Vol. 105, No. 3, 2001, 696-701.

79. Болтачев Г.Ш., Байдаков В.Г. "О причинах расхождения теории гомогенной нуклеации и эксперимента для газонасыщенных жидкостей при низких температурах. // Журнал физической химии, 2001. Т.5, № 9, с. 1597-1600

80. Schmelzer J.W.P., Baidakov V.G., Boltachev G.Sh. "Kinetics of Boiling in Binary Liquid-Gas Solutions: A New Approach" // Nucleation Theory and Applications. -Dubna: JINR, 2002., p. 120-145

81. Филиппов Л.П. Прогнозирование теплофизических свойств жидкостей и газов. М.: Энергоатомиздат, 1988. 168 с.

82. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М: Химия, - 1974.-312 с.

83. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. - 232 с.

84. Черепнин Н. В. Основы очистки, обезгаживания и откачки в вакуумной технике. М., «Сов. радио», - 1967. - 383с.

85. Андрианов К. А. Кремнийорганические соединения. М.: Госхимиздат, 1955, 520с.

86. Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. М.: Гостехиздат, 1947 - 552 с.

87. Русанов А. И., Прохоров В. А. Межфазная тензиометрия- СПб: Химия-1994.-400 с.

88. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение. М.: Профессия 2005, 239 стр.