Кинетика вскипания перегретой жидкости в структурах из мелкодисперсных порошков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Уральское отделение Российской академии наук Институт теплофизики

УДК 536 423 На правах рукописи

ГУРАШКИН Александр Леонидович □озобУОи 1

КИНЕТИКА ВСКИПАНИЯ ПЕРЕГРЕТОЙ

ЖИДКОСТИ В СТРУКТУРАХ ИЗ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ

Специальность 01 04 14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург, 2007 г.

003069801

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

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор Ермаков Герман Викторович,

Научный консультант - доктор физико-математических наук,

Клюшннков Олег Иванович,

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

профессор Попель Пётр Станиславович,

доктор физико-математических наук, профессор Мелких Алексей Вениаминович,

Ведущая организация - Уральский государственный университет

им. А М Горького

Защита состоится «21» мая 2007 г в 15 часов на заседании диссертационного совета К 212 285 01 по присуждению ученых степеней кандидатов наук при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ», в Зале Ученого Совета по адресу, г Екатеринбург, ул Мира, 19

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

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью направлять по адресу 620002, г Екатеринбург, Мира, 19, к-2, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ им С M Кирова, ученому секретарю университета Факс (343) 374-38-84

Автореферат разослан 20 апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, к х н , доцент

Т А Недобух

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Процесс кипения активно используется во многих производственных процессах, начиная от пищевой промышленности и кончая энергетикой, созданием космической техники В большинстве случаев процессы, в которых имеет место кипение, являются энергонапряженными и приводят к перегреву жидкостей, т е. к возникновению метастабильного состояния жидкостей

Кинетика вскипания перегретых жидкостей, как правило, исследуется в простых системах, в которых, в максимальной степени устранены факторы, инициирующие вскипание На практике перегрев жидкостей реализуется в системах, в которых присутствуют флуктуационные центры вскипания, природа которых не ясна до конца, но в которых существенную роль играет присутствие адсорбированного и растворенного газа, а также качество поверхности, ограничивающей перегретую жидкость

В настоящей работе рассматриваются сложные системы, построенные из порошков различной химической природы, со средним размером гранул, изменяющимся в широких пределах, и имеющих весьма развитую поверхность Возможность перегрева жидкостей в таких системах не очевидна Тем более, для таких систем не известны температурные границы перегрева, средние времена существования перегретого состояния при разных температурах, функции распределения вероятностей времен ожидания вскипания, зависимость этих величин от технологии приготовления системы

Существующая классическая теория (теория Деринга, Фольмера, Зельдовича, Кагана) дает возможность, вычислить лишь температуру достижимого перегрева для чистых простых систем Однако, даже при хорошем согласии экспериментальных данных с теоретическими расчетами по температуре достижимого перегрева, эта теория не в состоянии правильно предсказать величину среднего времени жизни жидкости в состоянии перегрева Ее область действия ограничивается 2-3 градусами вблизи границы достижимого перегрева Внесение в исследуемую систему факторов, инициирующих вскипание, приводит к уменьшению средних времен жизни перегретой жидкости и к уменьшению степени перегрева Это сближает настоящую работу с техническими приложениями, в которых, как правило, требуется снижение перегрева

Таким образом, актуальность работы связана с переходом от идеальных, простых систем к экспериментальному исследованию более реальных систем, изучение которых имеет самостоятельное значение, их близостью к техническим приложениям и необходимостью теоретического описания таких систем, что будет содействовать более полному, детальному пониманию механизма вскипания

Дель работы. Целью настоящей работы является изучение кинетики флуктуа-ционного вскипания перегретой жидкости в системах с сильно развитой поверхностью, образованной структурами из порошков различной химической природы и средним размером гранул, изменяющимся от нескольких сотен микрон до десятков нанометров, с сильным диспергированием исследуемой жидкости порошковыми структурами

Для достижения этой цели решены следующие задачи создана (разработана и изготовлена) автоматизированная на базе персонального компьютера экспериментальная установка, позволяющая проводить измерения времен ожидания вскипания исследуемой жидкости в заданном ме-тастабильном состоянии вдоль изобар и изотерм, в широкой области параметров состояния,

разработана методика изготовления исследуемых порошковых систем, разработана методика дегазации таких систем;

проведены измерения средних времен ожидания вскипания перегретой жидкости в различных порошковых системах

Научная новизна.

1 Измерены средние времена ожидания вскипания н-гексана по изобарам и изотермам в жестких структурах из порошкообразных стекла, активированного угля, силикагеля, целлюлозы, А1203, А1+РЬ 0 2%ат, 2гОг, во взвесях порошков ХгОг и А1+РЬ 0 2%ат при объемной концентрации около 50%, при малых объемных концентрациях 2Ю2 •

2 Определены температуры и давления достижимого перегрева н-гексана в указанных структурах

3 Показано, что внесение в чистую систему порошковой структуры (диспергирование системы) приводит к увеличению длительности приработки, снижению средних времен ожидания вскипания и температуры достижимого пере-

грева

4 Предложен и реализован при обработке экспериментальных данных новый способ определения частоты зародышеобразования как функции времени Показано, что случайный процесс, приводящий к возникновению закритиче-ского жизнеспособного парового пузырька в изученных системах, является нестационарным

5. Вычислены параметры гетерогенного вскипания перегретой жидкости исходя из идеи академика В П Скрипова о возможности применения к участкам изотерм с гетерогенным механизмом зародышеобразования флуктуационной теории разрушения твердого тела С Н Журкова 6 На этой основе построена простейшая полуэмпирическая паро-газовая модель флуктуационного возникновения парового зародыша на твердой поверхности При соответствующем подборе входящих в нее констант, показано хорошее согласие модели и экспериментальных данных, подтверждающее предположение академика В П Скрипова

Автор защищает.

1 Созданную на базе ПК экспериментальную установку для измерения времен ожидания вскипания перегретой жидкости, позволяющую проводить измерения в заданном метастабильном состоянии по изобарам и изотермам

2 Результаты измерений средних времен ожидания вскипаний н-гексана по изобарам и изотермам в структурах из порошкообразного стекла, активированного угля, силикагеля, целлюлозы, А1203, А1 + 0,2%атРЬ, 2г02

3 Определенные экспериментально температуры достижимого перегрева н-гексана в указанных структурах

4 Качественные закономерности, возникающие при перегреве жидкости в результате внесения в нее порошковой структуры увеличение длительности приработки, снижение средних времен ожидания вскипания и температуры достижимого перегрева

5 Новый способ определения частоты зародышеобразования как функции времени Вывод о нестационарности случайного процесса, приводящего к возникновению закритического жизнеспособного парового пузырька в изученных системах

6 Результаты реализации идеи В П Скрипова о возможности применения к участкам изотерм с гетерогенным механизмом зародышеобразования флуктуа-

ционной теории разрушения твердого тела С.Н Журкова

7 Простую полуэмпирическую паро-газовую модель флуктуационного возникновения парового зародыша на твердой поверхности

Практическая значимость работы. Полученные результаты представляют интерес для прогнозирования поведения в аналогичных условиях других жидкостей, для разработки устройств теплотехнического и физико-химического назначения, содержащих системы, аналогичные рассмотренным в диссертации, для разработки тепловых труб и их эксплуатации, способов снижения или ликвидации перегревов, т к в технических приложениях перегрев играет обычно негативную роль Полученные данные могут также служить основой для разработки существенно более новой и универсальной теории флуктуационного за-родышеобразования

Работа выполнялась в соответствии с планами работы Института теплофизики УрО РАН при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (коды проектов 01-02-17214-а, 04-02-16285-а, 00-1596719, НШ-905 2003 2, НШ -4429 2006 8)

Достоверность и обоснованность результатов, приведенных в работе, обеспечивается использованием современного высокоточного оборудования в сочетании с вычислительной техникой, большим объемом измерений и современных методов статистической обработки, а также воспроизводимостью результатов в системе «н-гексан — чистая ячейка» по температуре достижимого перегрева и качественному виду изобары

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Ш-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 тепломассообменна в энергетических установках» (Рыбинск, 2003г ), У-м Минском международном форуме по тепло- и массобмену (Минск, 2004 ), ХУ-ой Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообменна в энергетических установках » (Калуга, 2005г ), Х1-ой Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ (Санкт - Петербург, 2005г ), 1У-ой Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2006г )

Публикации. По материалам диссертации опублихованы 1 статья в рецензируемом журнале, 1 статья в сборнике трудов Института теплофизики, 8 статей в сборниках докладов на международных и российских конференциях Библиографический список представлен в конце автореферата

Личный вклад автора. Автором создана экспериментальная установка, произведены все измерения, выполнена обработка полученных данных, произведен их анализ, сделаны необходимые теоретические расчеты, предложена феноменологическая модель изученного явления, подготовлены публикации к печати

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение и приложение, в котором приводятся таблицы экспериментальных данных Работа изложена на 137 страницах формата А4, содержит 47 рисунков, 7 таблиц и список цитированной литературы из 129 наименований Приложение содержит 30 таблиц на 10 страницах формата А4

Работа выполнялась в Институте теплофизики УрО РАН в лаборатории свойств веществ и сверхпроводящих материалов и является продолжением исследований по влиянию различных инициирующих факторов на кинетику вскипания перегретой жидкости

Автор выражает особую благодарность академику В П Скрипову и научному руководителю работы зав лабораторией СВ и СПМ, профессору Г В Ермакову за обсуждение результатов, своевременную и полезную критику, конструктивные предложения, чл -корр РАН Ю.А Котову, д х н В И Кононенко за предоставленные для исследований нанопорошки, д.ф -м н О И Клюшникову за консультации и помощь в определении размеров и составов некоторых систем

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Во введении дана общая характеристика работы, ее актуальность, цель, научная новизна, практическая ценность и положения, выносимые на защиту

В первой главе рассмотрены основы термодинамики микрогетерогенной системы жидкость-пар и кинетической теории гомогенного и гетерогенного за-родышеобразования Приведен краткий обзор экспериментальных работ, посвященных изучению кинетики зародышеобразования в перегретых жидкостях Более подробно рассмотрены работы, связанные с гетерогенным зародышеоб-разованием

Во второй главе приведено описание экспериментальной установки и

методики измерения времени ожидания вскипания перегретой жидкости Представлены результаты контрольных измерений в системе «н-гексан — чистая ячейка» Показано хорошее согласие этих измерений с литературными данными

Блок схема установки показана на рис 1

Рис. 1. Блок схема экспериментальной установки. 1-измерительная ячейка, II - система создания и поддержания давления 1 — камера высокого давления, 2 -преобразователь давления, 3 - баллон с углекислотой, 4(а), 4(6) - электроклапаны, 5 — манометр образцовый, 6 — коммутатор, III — система термостатирова-ния и измерения температуры. 7- термостат, 8 (а) — регулирующая термопара,8(6) - измеряющая термопара, 9 (а) — вольтметр Щ-300, 9 (б) - вольтметр Щ-304-2, 10 - термокон, IV — система измерения и регистрации времени ожидания вскипания жидкости- 11- источник света, 12 - датчик освещенности, 13 - АЦП; V-ПЭBM

Автоматизированная на базе персонального компьютера экспериментальная установка для измерения средних времен жизни перегретой жидкости отличается от предшествующих измерением времени жизни по изобарам или изотермам после установления заданного метастабильного состояния

Результаты контрольных измерений, произведенных в чистых условиях показали хорошее согласие их между собой и с литературными данными [1] в

пределах погрешности эксперимента

В третьей главе описаны изучаемые системы, их свойства Представлена методика обработки результатов, оценки погрешностей Приведены результаты измерений в изучаемых системах вдоль изобары р'=1 атм и вдоль нескольких изотерм В качестве исследуемой жидкости в опытах используется н-гексан марки «ХЧ» (ТУ 2631-003-05807999-98)

Изучается влияние на кинетику вскипания н-гексана добавления в систему мелкодисперсных порошков в различных объемных концентрациях В таблице 1 представлены свойства изучаемых систем изучаемая система, рабочий объем измерительной ячейки (У^), масса порошка в этом объеме (т„), его удельная поверхность „) и средний размер частиц (с1)

Таблица 1

Свойства изучаемых систем.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

6,0 6,0 2,6 3,0 5,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0

т„,10~5кг - 13,6 1,5 1,7 2,9 3,0 2,0 7,2 ОД 2,8 4,9

^„.Ю^/кг - 250 <1 150 23 23 110 110 110 110

2 - 10300 мкм 100250 мкм 10-50 мкм 10-50 мкм 100 нм 100 нм 10 нм 10 нм 10 нм 10 нм

Примечание

Изучаемым системам присвоены номера 1 - «чистая ячейка», 2 - «жесткая структура, стеклянный порошок», 3 - «жесткая структура, силикагель», 4 -«жесткая структура, целлюлоза», 5 - «жесткая структура, активированный уголь», 6 - «жесткая структура, А1+РЬ 0.2%ат»,7 - «взвесь, А1+РЬ 0 2%ат»,8 -«жесткая структура, АЬОз», 9 - «малые добавки, ХтОг», 10 - «взвесь, 2г02», 11 - «жесткая структура, 7Ю2»

Основным измерениям среднего времени ожидания вскипания перегретой жидкости предшествует процесс приработки исследуемых систем [2], которая заключается в последовательном вскипании исследуемой жидкости в количестве до нескольких сотен и более Для системы «н-гексан — чистая ячейка» приработка составляет 100-200 последовательных вскипаний, для систем «н-гексан - мелкодисперсные порошки» - до 5000 раз

Ход «приработки» контролируется анализом последовательных выборок

по сто измерений времени ожидания вскипания Для каждой выборки вычисляли среднее время ожидания вскипания, строили гистограмму, затем эмпирическую интегральную функцию распределения как отношение номера члена вариационного ряда к числу измерений в зависимости от времени ожидания вскипания [3] Полученную эмпирическую интегральную функцию распределения сравнивали с экспоненциальным распределением Плотность распределения вероятностей получали численным дифференцированием интегральной функции распределения.

При наличии интегральной и дифференциальной функций распределения определяли частоту зародышеобразования (Х(т)) как функцию времени во всей системе

Мт) = Дт)/( (1)

где (Дт)) - плотность распределения вероятностей времени ожидания вскипания, (Р(т)) - интегральная функция распределения

Во всех случаях, как при приработке, так и после нее, поток, найденный с помощью (1), оказывается зависящим от времени

Таким образом, случайный процесс, приводящий к возникновению закри-тического жизнеспособного парового пузырька, в данных системах является нестационарным Этот вывод следует из всей совокупности полученных данных

Для количественного сравнения нестационарного распределения с экспоненциальным

Кспо =1/х=СОИ5/, (2)

вычислим пи резулы<пам определения (Х(т)) его среднее значение для исследованного промежутка времени

Х = (3)

Ь —а а

На рис 2, в качестве примера, представлены данные для последней серии приработки силикагеля Видно, что экспоненциальная и эмпирическая интегральные функции распределения в конце приработки заметно расходятся Еще более, чем в начале приработки, отличаются эмпирическая и экспоненциальная плотности распределения вероятностей Поток вскипаний остается нестационарным, а его среднее значение уменьшается по сравнению с первоначальным

почти в три раза По отношению к экспоненциальному потоку, который также уменьшается, он оказывается, как и в начале приработки, почти в два раза меньше Подобные расхождения между эмпирическими и экспоненциальными зависимостями наблюдаются во всех промежуточных сериях

Рис.2. Анализ приработки в системе «н-гексан - силикагель». Шестая (последняя) серия приработки.

а) интегральная функция распределения времен ожидания вскипания

1 - данные эксперимента,

2 - экспоненциальное распределение,

3 - аппроксимация данных,

тс

0,12

0,00

Х(т),с'

0,15

0,00

b) плотность распределения вероятностей времен ожидания вскипания

1 - экспериментальная гистограмма,

2 - экспоненциальное распределение,

3 - эмпирическое распределение,

c) зависимость частоты зародышеоб-разования от времени-

1 - экспоненциальное распределение,

2 - зависимость эмпирической частоты зародышеобразования от времени,

3 - среднее значение эмпирической частоты зародышеобразования

В таблице 2 представлены изучаемая система, температура последней приработки, номер серии, количество вскипаний в серии (Л^), среднее время ожидания вскипания (т ), значения экспоненциального (Ъ„с„0) и среднего эмпирического потоков вскипаний ("к) для изучаемых систем и их отношение (жспо ) Наблюдаемые различия между полученными величинами потоков (таблица 2) можно объяснить следующим образом Число флуктуационных центров вскипания, остающихся в каждой системе к концу приработки, оказы-

вается различным Каждый флуктуационный центр вскипания порождает свой поток Результирующий поток является их суммой

Таблица 2

Сводная таблица основных экспериментальных и расчетных характеристик

изученных систем в зависимости от серии приработки.

Система н-гексан Т.К № серии т , с X .сГ1 экспо X, с-1 экспо

жесткая струк- 1 65 3,7 0,269 0,112 0,4

тура, стеклян- 446,2 5 100 3,7 0,269 0,106 0,4

ный порошок 10 99 4,3 0,231 0,102 0,4

жесткая струк- 1 100 9,2 0,108 0,067 0,6

тура, 437,2 4 100 10,1 0,099 0,077 0,8

силикагель 6 100 22,3 0,045 0,026 0,6

жесткая струк- 1 103 11,9 0,084 0,076 0,9

тура, активиро- 413,2 2 102 11,5 0,087 0,077 0,9

ванный уголь 3 83 30,3 0,033 0,034 1,0

жесткая струк- 1 100 13,1 0,077 0,082 1Д

тура, 429,2 2 100 16,5 0,061 0,060 1,0

целлюлоза 3 75 20,3 0,049 0,041 0,8

взвесь, А1+РЬ 0 2%ат 1 100 3,6 0,280 0,224 0,8

403,0 2 100 3,1 0,324 0,242 0,7

3 101 5,0 0,200 0,164 0,8

жесткая 1 100 3,4 0,292 0,292 1,0

структура, 403,0 3 100 3,2 0,315 0,284 0,9

А1+РЬ 0 2%ат 6 100 3,8 0,265 0,236 0,9

жесткая структура, А1203 1 100 15,0 0,067 0,044 0,7

427,2 4 100 16,0 0,063 0,057 0,9

7 100 24,3 0,041 0,038 0,9

малые добавки, гю2 1 101 7,7 0,127 0,144 1,1

438,2 2 100 8,7 0,115 0,094 0,8

3 100 12,3 0,081 0,078 1,0

взвесь, гю2 1 100 3,3 0,302 0,325 1,1

419,2 2 100 4,9 0,205 0,203 1,0

3 100 2,4 0,414 0,472 1,1

жесткая структура, 1 78 1,5 0,658 0,615 0,9

423,2 3 100 2,7 0,372 0,430 1,2

4 100 3,3 0,300 0,302 1,0

В соответствии с теоремой теории массового обслуживания [3] результи-

рующий поток будет близок к экспоненциальному, если в сумме будет более 4 — 5 членов Таким образом, при приработке стеклянного порошка и силикагеля

существенная часть флуктуационных центров вскипания была уничтожена (отношения Х/Хзкспо менее 0,6), и плотность распределения существенно отличается от экспоненциальной При приработке же остальных систем добиться этого не удалось (отношения хДэкспо порядка 1), и здесь распределение близко к экспоненциальному

Доверительные границы случайной погрешности х запишем как [3]

(¿М)2

где т, - результат 1-го измерения, т - среднее значение по выборке из п измерений, кст - коэффициент Стьюдента Значения коэффициента Стьюдента определяются для доверительной вероятности 90% При переходе в полулогарифмическую систему координат преобразуем доверитепьпьтй интервал в следующее выражение

1п (г ± Дт) =1п (т) + 1п (1 ± Ах/х) = 1п(х)± Лх/х (5)

Найденная таким образом статистическая погрешность Ат/х показана на всех графиках вертикальными штрихами

Приведены результаты измерений н-гексана с различными насыпками по изобарам р'= 1атм и изотермам Для качественной оценки влияния насыпок на кинетику вскипания перегретого н-гексана, каждая такая сложная система сравнивается с данными, полученными для чистых условий

На рис 3 представлены экспериментальные данные изобарической зависимости среднего времени ожидания вскипания н-гексана от температуры для систем с добавками стеклянного порошка, адсорбентов и нанопорошков

На рис 4 представлены изотермические зависимости среднего времени ожидания вскипания н-гексана от давления При более низких температурах вид зависимостей упрощается, постепенно исчезают крутые участки изотерм, плато и, наконец остаются только участки, близкие к прямолинейным на которых, зародышеобразование имеет гетерогенный характер

Анализируя полученные данные (табл 2, рис 3, 4), приходим к выводу, что внесение в чистую систему порошковых добавок приводит к увеличению приработки и снижает температуру достижимого перегрева изучаемых систем

2-

-2-

Рис.З. Температурная зависимость среднего времени ожидания вскипания н-гсксана при р'=1атм.:

а) 1 - расчет по ТГЗ, 2, 4 - экспериментальные значения для систем «чистая ячейка», «стеклянный порошок» соответственно, 3, 5 -аппроксимация данных 2, 4 соответственно сплайном 5 порядка

= 5 О" - - X .-ь 1 I 1

1 ц »

-3 О -4 ----5

Т, К

380

400

420

440 Т,К

1п(х)

b) 1 - расчет по ТГЗ, 2,4,6,8 - экспериментальные значения для систем «чистая ячейка», «активированный уголь», «целлюлоза», «силика-гель» соответственно, 3 - аппроксимация данных 2 сплайном 5 порядка, 5,7,9 - аппроксимация данных 4, 6, 8 сплайном 3 порядка соответственно

c) 1 - расчет по ТГЗ, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 - экспериментальные значения для систем « чистая ячейка», «жесткая структура, А1+РЬ 0 2%ат», «взвесь, А1+РЪ 0 2%атъ, «взвесь, ХгОгУ), «жесткая структура, 2гОгу>, «жесткая структура, Л1203 заполнение 1», «жесткая структура, А^Оз зап 2», «малые добавки, 7.г02у> соответственно, 3, 17 - аппроксимация данных 2, 16 сплайном 5 порядка соответственно, 7 - аппроксимация данных 6 сплайном 6 порядка, 5, 9, 11, 13, 15 - аппроксимация данных 4, 8, 10, 12, 14 линейной функцией соответственно

Рис.4, ния н-

1п(т)

1п(х)

Изотермические зависимости среднего времени ожидания вскипа-гексана отдавленя р :

а) 1,4- экспериментальные данные для систем «чистая ячейка», «стеклянный порошок» (Т=454,4 К) соответственно, 2, 5 - аппроксимация данных 1, 4 линейной функцией, 3, 6 - аппроксимация данных 1, 4 экспоненциальной функцией

Ь) 1, 4, 7, 10 - экспериментальные данные для систем «чистая ячейка» (Т=454,4 К), «малые добавки, 2Ю2у> (Т=454,4 К), «взвесь, гЮ2» (Т=433,2 К), «жесткая структура, Хг02у> (Т=436,2 К) соответственно, 2, 5, 8, 11 - аппроксимация данных 1, 4, 7, 11 соответственно линейной функцией, 3, 6, 9, 12 - аппроксимация данных 1, 4, 7, 11 соответственно экспоненциальной зависимостью

р\ бар

В четвертой главе определены параметры гетерогенного вскипания перегретой жидкости по полученным изотермическим зависимостям Предложена простейшая полуэмпирическая паро-газовая модель флуктуационного возникновения парового зародыша, с помощью которой описаны экспериментальные изобарические зависимости

Для определения характеристик гомогенного зародышеобразования используется классическая теория [4]

/кТ

1п(т) = -88+

16 я_

. з ср'-Р')2

-НУ,),

(6)

Для описания гетерогенного зародышеобразования, академиком В П Скриповым предложено использовать формулу Журкова Для перегретых жидкостей она имеет вид [5]

1п(тж) = 1п(А)+[-у(р"-р')/кГ]

(7)

где параметры А и у — вычисляются из экспериментальных данных

Производные выражений (6) и (7) по (р"-р') при постоянстве Т имеют

вид

Таким образом, открывается возможность произвести оценку характерных объемов для «пологих» (гетерогенных) и «крутых» (гомогенных) хвостов изотермической зависимости среднего времени ожидания вскипания перегретой жидкости от разности давлений пара и жидкости На рис 5 представлено несколько таких зависимостей для систем, изученных в работе

«Пологие хвосты» в координатах 1п(т) от (р"—р') аппроксимированы прямолинейной зависимостью методом наименьших квадратов, и, следовательно, для оценки характерного объема можно воспользоваться формулой (9) «Крутые хвосты» достаточно хорошо по давлению согласуются с расчетами по теории гомогенной нуклеации Для них оценка характерного объема производится по формуле (8)

При понижении температуры на изотермических зависимостях остаются только участки, близкие к прямолинейным, по которым производятся оценки характерного объема у

Температурная зависимость у для разных систем, полученная в результате расчетов, представлена на рис 6

Из рис 6 видно, что с увеличением температуры до 443,2 К (170°С) включительно в сложных системах размеры у изменяются в пределах

2 10~26 5 Ю-26 л<3 После 443,2 К (170°С) наблюдается увеличение характерного объема Максимальное значение у достигается в системе «н-гексан — чистая

ячейка» на изотерме 454,4К (181,2°С) и составляет 13,3 10~26мъ

51п(т) _ Ук

(8)

8(р'-р') кТ'

д!п(тж) = у д(р'-р') кТ'

(9)

Рис.5. Изотермическая зависимость среднего времени ожидания вскипания н-гексана от разности давлений: 1 — расчет по ТГЗ, 2,8 - данные, полученные при Т=454,4К для систем «чистая ячейка», «малые добавки, 2г02у>, соответственно,5 - данные для системы «стеклянный порошок» при Т=454,2К, 3,4,6,7,9,10 - аппроксимация данных 2,8,5 линейной функцией

.„-26 3 у, 10 м

10 5

390 420 Т, К

Рис.6. Зависимость у(Т) для исследуемых систем. 1, 2, 3, 4, 5 - данные, полученные из экспериментального материала для систем «малые добавки, ХгОг», «жесткая структура, стеклянный порошок», «жесткая структура, активированный уголь», «жесткая структура, Zr02», «взвесь, 2Ю2» соответственно, 6, 7, 8,- экспоненциальные аппроксимации для систем с добавками Хг02 ( и А12Оз), стеклянного порошка, силикагеля соответственно, 9, 10, 11 -линейные зависимости для систем с активированным углем, «взвесь, А1+РЬ 0 2%ат », «жесткая структура, А1+РЬ 0 2%ат »

Для систем «н-гексан - стеклянный порошок», «н-гексан - малые добавки оксида циркония», на изотермах 443,2 К (170°С), 451,2К (178°С) и 454,2К (181°С) (454,4К (181,2°С)) необходимо отметить уменьшение размеров у относительно чистых условий Чем более развита поверхность, тем меньше у Так, при добавлении в систему стеклянного порошка в 2-3 раза уменьшается размер у относительно чистых условий Добавление в систему небольшого количества оксида циркония также уменьшает у

При рассмотрении в этих же системах Ук ситуация меняется Максимальные эмпирические значения Ук наблюдаются в системе «н-гексан - стеклянный порошок», затем по убыванию располагаются системы «н-гексан — чистая ячейка» и «н-гексан - малые добавки оксида циркония» Сравнивая эмпирические Ук и 1Укр с расчетными значениями по гомогенной теории зародыше-

образования У™еаР и 1У™ор можно сказать, что наилучшее согласие Ук с утеор набЛЮдается в системе «н-гексан — стеклянный порошок» В этой системе у™еор IУк составляет 1,5 — 1,6 раз Максимальное расхождение имеет место для системы «н-гексан - малые добавки оксида циркония» и составляет 1,8 -2,0 раза Отношение работ 1У™еор для систем «н-гексан - стеклянный порошок», «н-гексан - чистая ячейка» составляют 1,4-1,6 раз, а для системы «н-гексан - малые добавки оксида циркония» - 1,8-2,0

Эмпирические значения объема критического зародыша и работы его образования на границе достижимого перегрева («крутые хвосты») оказываются существенно меньше их теоретических значений. Этот результат, очевидно, свидетельствует о негомогенном характере вскипания жидкости. Для разделения системы на макроскопические фазы требуются существенно меньшие объем пара и работы его образования Можно предполагать, что инициирующим фактором является стенка сосуда

Таким образом, вскипание перегретого н-гексана носит гетерогенный характер во всей изученной области параметров состояния, включая границу достижимого перегрева

Воспользуемся результатами теории, рассматривающей вскипание перегретой жидкости как флуктуацию в локально выделенном микрообъеме [6] Для

определения связи среднего времени ожидания вскипания во всей системе т1И с частотой образования жизнеспособных зародышей пара, учтем, что в большинстве изученных систем наблюдается распределение времен ожидания вскипания, устанавливающееся к концу приработки, близкое к экспоненциальному, для которого, имеет место известное соотношение

(Ю)

Отсюда, в качестве теоретической зависимости 1п(т51;) от температуры на изобаре получаем

(11)

где (т0) - некоторое характерное время, связанное с числом гетерогенных центров в системе и временем релаксации флуктуационного центра к равновесному состоянию

Для дальнейшего воспользуемся моделью паро-газового флуктуационного зародыша Е И Несиса [7] Будем считать, что объем такого флуктуационного центра равен объему у, найденному при обработке изотерм. Предположим также, что примесный газ в зародыше подчиняется уравнению состояния идеального газа Тогда для работы образования равновесного зародыша запишем формулу

= ~((Р" - Р') + пкТ) ■ у{Т) + ст к!иг/ у(Т)% (12)

Здесь, в силу большой сложности рассматриваемых систем, нет возможности как-то оценить или измерить числовую плотность остаточного газа («), коэффициент поверхности (к!иг^) и характерное время (т0) Эти величины должны

непосредственно определяться из экспериментальных данных или подбираться, исходя из условия наилучшего их описания Разность давлений (р" - р') вычисляется обычным образом [4] Для подбора констант (т0, п, разработана

программа, позволяющая определить значения искомых параметров, при которых достигается наилучшая аппроксимация экспериментальных данных На рис 6 приведены зависимости у(Т), используемые для аппроксимации изобар изучаемых систем с помощью формул (11) и (12) Результаты расчетов для всех систем приведены на рис 7

Рнс.7. Температурная зависимость среднего времени ожидания вскипания н-гексана при атмосферном давлении:

а

1п(П

1п(х)

a) 1 - расчет по 1ГЗ, 2 ,4 ,6 ,8 -экспериментальные значения для системы «жесткая структура, стеклянный порошок», «жесткая структура, силикагель», «жесткая структура, целлюлоза», «жесткая структура, активированный уголь» соответственно, 3, 5, 7, 9 - аппроксимация данных 2 ,4 ,6 ,8 соответственно выражениями (11)и(12)

b) 1 - расчет по ТГЗ, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 - экспериментальные значения для систем «малые добавки, 2гОгУ>, «жесткая структура, А120} зап. 2», «жесткая структура, А1203 зап 1», «жесткая структура, 2г02», «взвесь, Хг02у>, «взвесь, А1+ РЬ 0,2 ат %», «жесткая структура, А1+ РЬ 0,2 ат. %» соответственно, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 — аппроксимация данных 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 соответственно выражениями (11) и (12)

Из рис 7 видно, что при определенных значениях подгоночных параметров возможно хорошее согласие расчетных кривых с экспериментальными данными вплоть до теоретической границы Таким образом, простейшая полуэмпирическая паро-газовая модель флуктуационного возникновения парового зародыша на твердой поверхности достаточно хорошо описывает экспериментальные данные. Полученные результаты указывают на правильность идеи академика В П Скрипова о возможности вычисления равновесного объема гетерогенного зародыша с помощью формулы Журкова

Произведено сравнение экспериментальных данных (см рис. 8), полученных при р'=1атм для систем «н-гексан — адсорбенты» с литературными

данными [2] по вскипанию н-пентана в чистой ячейке без наполнителя, а также с наполнителем в виде порошка никеля, спеченного пористого никеля с размером гранул 1,5 и 5,0 мкм и в присутствии гладкой медной пластинки, в зависимости от приведенной температуры Сравниваемые данные имеют область пересечения в пределах 0 86-0 88 от Ткр При увеличении приведенной температуры литературные данные являются продолжением кривых, полученных в работе Это свидетельствует об общей природе вскипания жидкостей в рассматриваемых сложных системах

Рис.8. Сравнение экспериментальных значений среднего времени ожидания вскипания н-пентана [1] и н-гексана в присутствии различных поверхностей в зависимости от приведенной температуры.

н-пентан (Ураб=0,06 см3) 1 - чистая ячейка, 2 - пористый никель 1,5 мкм, 3 -пористый никель 5 мкм, 4 - никелевый порошок, 5 - гладкая медь,

н-гексан 6 - расчет по ТГЗ, 7 - чистая ячейка (Ураб-0,06 см3), 8 -активированный угль (Ура6=0,05 см3), 9 - силикагель (Ураб=0,26 см3), 10 -целлюлоза (Ураб=0,03 см3)

Завершается работа заключением, в котором сформулированы основные результаты и выводы диссертации

1 Сделан обзор литературы по кинетике вскипания перегретых жидкостей, из которого следует, что изучение вскипания н-гексана на сложных порошковых структурах представляет собой актуальную задачу

2 Создана экспериментальная установка для измерения времен ожидания вскипания н-гексана в сложных порошковых системах Установка авто-

матизирована на базе ПК, измерения времени производятся после установления заданного метастабильного состояния, исследуемая жидкость и экспериментальная ячейка перед измерениями дегазируется, имеется возможность проводить измерения по изобарам и изотермам

3 Проведены контрольные измерения в чистой ячейке, в которых в пределах погрешностей, указанных в работе, воспроизведены температуры достижимого перегрева н-гексана при атмосферном давлении, полученные ранее другими авторами Таким образом, показана достоверность и надежность произведенных измерений

4 Разработана методика изготовления изучаемого образца, его дегазации и заполнения н-гексаном

5 Измерены средние времена ожидания вскипания н-гексана по изобарам и изотермам в жестких структурах из порошкообразных стекла, активированного угля, силикагеля, целлюлозы, А1203, А1 + РЬ0,2%аш , Т.Ю2, во взвесях порошков 2гОг и А1+РЬ 0 2%ат при объемной концентрации около 50%, а также при малых объемных концентрациях 2гОг

6 Экспериментально для всех систем определенны температурные границы перегрева н-гексана

7 Предложен и реализован новый способ определения частоты зародыше-образования как функции времени Показано, что случайный процесс, приводящий к возникновению закритического жизнеспособного парового пузырька в изученных системах, является нестационарным

8 Показано, что внесение в чистую систему порошковой структуры приводит к увеличению длительности приработки, снижению средних времен ожидания вскипания и температуры достижимого перегрева

9. Реализована идея В П Скрипова о возможности применения к участкам изотерм с гетерогенным механизмом зародышеобразования флуктуаци-онной теории разрушения твердого тела С Н Журкова С помощью этой теории определенны характерные объемы паровой фазы, которые приводят к разделению перегретой жидкости на макроскопические фазы

10 Предложена простейшая полуэмпирическая паро-газовая модель флук-туационного возникновения парового зародыша на твердой поверхности Произведено графическое сравнение рассчитанных по модели кривых с экспериментальными данными Хорошее согласие модели и эксперимен-

тальных данных указывает на правильность идеи академика В П Скри-пова о возможности вычисления равновесного объема гетерогенного зародыша с помощью формулы Журкова

Список цитированной литературы.

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

2 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

3 ВентцельЕС Теория вероятностей М Наука - 1969 -576 с

4 Скрипов В П Метастабильная жидкость - М Наука, - 1972 -312 с

5. Скрипов В П, Виноградов В Е Кинетический аспект долговечности растянутых образцов сопоставление двух подходов // Прикладная механика и техническая физика 2005 Т.46, №5 С 100-105

6 Parshakova М А, Ermakov G V Nucleation as a local subsystem fluctuation // PhysicaA -2002 - Vol.303 -PP 35-47

7 Несис E И Кипение жидкостей -M Наука,-1973 -280 с

Основное содержание диссертации представлено в следующих публикациях.

1 Падерин И М, Паршакова М А , Гурашкин А Л , Ермаков Г В Изучение кинетики вскипания н-гексана на поверхности адсорбента // Труды РНКТ-3, МЭИ, 2002 Т 8 С 87-90

2 Гурашкин А Л , Паршакова М А , Падерин И М Изучение кинетики вскипания н-гексана на мелкодисперсной поверхности стеклянного порошка // Тр XIV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством акад РАН А И Леонтьева Проблемы газодинамики и тепломассо-обменна в энергетических установках Рыбинск Издательство МЭИ, 2003 Т 1 С 375-376

3 Гурашкин А.Л , Паршакова М А., Ермаков Г.В Изучение кинетики вскипания сильноперегретого н-гексана на поверхности силикагеля // Тез докл и сообщений на 5-м Минском международном форуме по тепло- и массоб-мену Минск, 2004 Т 2 С 34-36

4 Гурашкин А Л, Ермаков Г В Результаты экспериментального изучения кинетики вскипания и границы перегрева н-гексана в структурах из силикагеля и порошковой целлюлозы. II Метастабильные состояния и фазовые переходы [Сб науч трудов Вып 7] Екатеринбург Уро РАН, 2004 - С 251-260

5 Гурашкин А Л , Ермаков Г В , Перминов С А Результаты эксперименталь-

ного изучения кинетики вскипания н-гексана в структуре из нанопорошка А120з // Тр XV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством акад РАН А И Леонтьева Проблемы газодинамики и тепло-массообменна в энергетических установках Калуга- Издательство МЭИ,

2005 Т 1 С 323-326

6 Паршакова М А, Гурашкин А Л, Ермаков Г В Вскипание сильно перегретого н-гексана в жесткой структуре из целлюлозы // Тез докл и сообщений XI Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ Санкт - Петербург, 2005 Т 1 С 87

7 Гурашкин А Л, Ермаков Г.В Кинетика вскипания силыюперегретого н-гексана в структурах из нанопорошков // Тез докд и сообщений XI Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ Санкт -Петербург, 2005. Т 2 С 172

8 Гурашкин А Л, Ермаков Г В Расчет параметров сильно перегретой жидкости в режиме гомогенного и гетерогенного вскипания в чистой стеклянной ячейке // Труды РНКТ-4, МЭИ, 2006г Т 4 С 71-74

9 Гурашкин А Л, Ермаков Г В , Перминов С А Вскипание перегретого н-гексана в жестких структурах из нанопорошков// Труды РНКТ-4, МЭИ,

2006 Т 4 С 75-78

10 Гурашкин А Л , Перминов С А , Ермаков Г В Экспериментальное изучение кинетики вскипания и границы перегрева н-гексана в жестких порошковых структурах И Теплофизика и аэромеханика, Новосибирск, ИТ СО РАН, 2006 том 13 №4 С 641-650

Подписано в печать 11.04 07 Формат 60x84/16 Объем 1,5 уел - печ л Тираж 100 экз Заказ № 87

Размножено с готового оригинал-макета в типографии "Уральский центр академического обслуживания" 620219, г Екатеринбург, ул Первомайская, 91

Основные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

1. КРАТКИЙ ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПЕРЕГРЕТЫХ ЖИДКОСТЕЙ.

1.1 Гиббсовская термодинамика микрогетерогенных систем.

1.2 Кинетическая теория гомогенного зародышеобразования.

1.2.1 Зародышеобразование на чистой поверхности.

1.2.2 Классификация флуктуационных центров вскипания.

1.2.3 Вскипание жидкости на шероховатой поверхности.

1.3 Теория Журкова.

1.4 Экспериментальные работы по перегреву жидкостей.

1.5 Влияние поверхности металлов на зародышеобразование в перегретой жидкости.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ.

2.1 Экспериментальная установка.

2.1.1 Измерительная ячейка. Рабочая камера. Камера высокого давления.

2.1.2 Система дегазации жидкости и заполнения установки.

2.1.3 Система создания и поддержания давления.

2.1.4 Система термостатирования и поддержания температуры.

2.1.5 Система измерения и регистрации времени ожидания вскипания жидкости.

2.2 Методика проведения эксперимента.

2.2.1 Изготовление измерительной ячейки.

2.2.2 Обезгаживание исследуемой жидкости и заполнения ею измерительной ячейки.

2.2.3 Измерение времени ожидания вскипания перегретой жидкости.

2.3 Контрольные измерения на установке.

Результаты и выводы главы 2.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ.

3.1 Изучаемые системы.

3.2 Методика проведения опытов и обработки результатов.

3.3 Результаты измерений.

3.3.1 Стеклянный порошок.

3.3.2 Адсорбенты.

3.3.3 Нанопорошки.

Результаты и выводы главы 3.

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

4.1 Определение характерных объёмов у и Vk из изотермических данных по кинетике зародышеобразования.

4.2 Описание изобар.

4.3 Сравнение экспериментальных дынных с литературными.

Результаты и выводы главы 4.

Процесс кипения жидкостей широко используется в современных производственных процессах и технических устройствах. Область применения простирается от технологий пищевой и химической промышленности до обычной и атомной энергетики, космической техники и вопросов её эксплуатации. В большинстве случаев процессы, связанные с кипением, являются энергонапряженными и протекают с более или менее значительным перегревом жидкостей относительно температуры равновесия жидкость - пар.

В технических приложениях перегрев жидкостей играет обычно негативную роль, т.к. уводит систему от полного термодинамического равновесия и вносит в нее элемент неустойчивости. Для таких приложений требуется разработка способов снижения перегрева. Пористые структуры, наполненные жидкостью, используются в высокоэффективных теплопередающих устройствах - тепловых трубах. С использованием пористых структур связаны методы интенсификации теплообмена.

Метастабильная, перегретая, жидкость обладает рядом особенностей. Прежде всего, ей свойственна пониженная устойчивость относительно образования достаточно большого зародыша (критического пузырька) конкурирующей фазы [1]. По этой причине перегретая жидкость может оставаться в метастабильном равновесии (при заданных значениях параметров состояния) лишь ограниченное время. Причиной, выводящей жидкость из метастабиль-ного равновесия, являются флуктуации плотности, поэтому время ожидания её вскипания оказывается случайной величиной. Как случайная величина время ожидания вскипания характеризуется соответствующими функциями распределения вероятностей, средним значением, дисперсией, моментами более высокого порядка.

Существующая классическая теория образования паровых зародышей в перегретой жидкости (теория Деринга, Фольмера, Зельдовича, Кагана) [2-5] построена для абсолютно чистой, однородной по параметрам состояния жидкости, вероятность флуктуационного образования зародыша в каждой точке которой одна и та же. Такой процесс образования зародышей называют гомогенным. Другим важным приближением теории является стационарность процесса образования зародышей. Следствием этого предположения является постоянство частоты зародышеобразования - числа сверхкритических жизнеспособных зародышей пара, образующихся во всей системе в единицу времени. Другим следствием этого предположения является экспоненциальный вид функции распределения вероятностей.

В силу перечисленных приближений кинетику вскипания перегретых жидкостей, как правило, экспериментально предпочитали исследовать в простых чистых системах, в которых в максимальной степени устранены факторы, инициирующие вскипание. Для таких систем теория гомогенного зародышеобразования позволяет с погрешностью в несколько десятых долей градуса вычислить температуру достижимого перегрева. Однако она не может правильно предсказать величину среднего времени жизни жидкости в состоянии перегрева. Расхождение в несколько порядков наблюдается вблизи границы достижимого перегрева в температурной окрестности около 2-3 К. Вне этой окрестности расхождение существенно больше, что практически исключает возможность какого - либо сопоставления теории и экспериментальных результатов.

Однако в практически важных случаях перегрев жидкостей реализуется в системах с флуктуационными центрами вскипания. Природа таких центров до конца не ясна, но есть основания предполагать, что существенную роль в механизме их действия играют растворенные в жидкости и адсорбированные стенками газы, а также размер, форма и качества поверхности, ограничивающей перегретую жидкость.

В настоящей работе рассматриваются достаточно сложные системы, построенные из порошков различной химической природы, средний размер гранул которых изменяется от 300 мкм до 10 нм. Возможность перегрева жидкостей в таких системах не очевидна, поскольку в них может присутствовать большое количество различных флуктуационных центров. Вследствие этого их контакт с перегретой жидкостью может приводить к уменьшению степени перегрева или вообще к его уничтожению. Для таких систем не известны и не могут быть рассчитаны температурные границы перегрева, средние времена существования перегретого состояния при разных температурах и давлениях, функции распределения вероятностей времен ожидания вскипания, зависимость этих величин от технологии приготовления системы. С другой стороны, присутствие жесткой порошкообразной структуры в ячейке существенно уменьшает объем перегреваемой жидкости, которая оказывается еще и раздробленной на большое число малых жидкостных элементов. На основании существующей теории можно ожидать как увеличения среднего времени жизни жидкости в состоянии перегрева, так и температуры достижимого перегрева. Ответ на вопрос, по какому сценарию будет развиваться вскипание, могут дать лишь экспериментальные исследования. Накопление экспериментального материала позволит прогнозировать поведение других жидкостей в аналогичных условиях.

Таким образом, актуальность работы определяется связью исследуемых систем с важными техническими приложениями; новизной, связанной с отличием от «идеальных систем»; присутствием в них большого количества флуктуационных центров; возможностью использования полученных экспериментальных данных для разработки нового, более реалистичного варианта теории зародышеобразования.

Целью настоящей работы является изучение кинетики флуктуационно-го вскипания перегретой жидкости в системах с сильно развитой поверхностью, образованной структурами из порошков различной химической природы и средним размером гранул, изменяющимся от нескольких сотен микрон до десятков нанометров, с сильным диспергированием исследуемой жидкости порошковыми структурами.

Для достижения этой цели решены следующие задачи: создана (разработана и изготовлена) автоматизированная на базе персонального компьютера экспериментальная установка, позволяющая проводить измерения времен ожидания вскипания исследуемой жидкости вдоль изобар и изотерм, в широкой области параметров состояния; разработана методика изготовления исследуемых порошковых систем; разработана методики дегазации таких систем; проведены измерения средних времен ожидания вскипания перегретой жидкости в различных порошковых системах.

В настоящей работе впервые получены следующие результаты, составляющие основу защищаемых положений:

1. Измерены средние времена ожидания вскипания н-гексана по изобарам и изотермам в жестких структурах из порошкообразных: стекла, активированного угля, силикагеля, целлюлозы, Al203 , Zr02 ,

А1 +РЬ0,2%ат.; во взвесях порошков Zr02 и А1 + РЬ0,2%ат. при объемной концентрации около 50%; при малых объемных концентрациях Zr02 ■

2. Определены температуры и давления достижимого перегрева н-гексана в указанных структурах.

3. Показано, что внесение в чистую систему порошковой структуры (диспергирование системы) приводит к увеличению длительности приработки, снижению средних времен ожидания вскипания и температуры достижимого перегрева.

4. Предложен и реализован при обработке данных новый способ определения частоты зародышеобразования как функции времени. Показано, что случайный процесс, приводящий к возникновению закритического жизнеспособного пузырька в изученных системах, является нестационарным.

5. Вычислены параметры гетерогенного вскипания перегретой жидкости исходя из идеи академика В.П. Скрипова о возможности применения к участкам изотерм с гетерогенным механизмом зародышеобразова-ния флуктуационной теории разрушения твердого тела С.Н. Журкова.

6. На этой основе предложена простейшая полуэмпирическая парогазовая модель флуктуационного возникновения парового зародыша на твердой поверхности. При подборе входящих в нее констант, как подгоночных параметров, показано хорошее согласие модели и экспериментальных данных, подтверждающее предположение академика В.П. Скрипова.

В практическом плане полученные результаты представляют интерес для прогнозирования поведения в аналогичных условиях других жидкостей; для разработки устройств теплотехнического или физико-химического назначения, содержащих системы, аналогичные рассмотренным в диссертации; для разработки тепловых труб и их эксплуатации; способов снижения или ликвидации перегревов, т.к. в технических приложениях перегрев играет обычно негативную роль. Полученные в диссертации данные могут также служить основой для разработки существенно более новой и универсальной теории флуктуационного зародышеобразования.

Исследования выполнялись в соответствии с планами работы Института теплофизики УрО РАН при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (коды проектов: 01-02-17214-а, 04-02-16285-а, 00-15-96719, НШ-905.2003.2, НШ -4429.2006.8).

Автором создана экспериментальная установка, произведены все измерения, выполнена обработка полученных данных, произведен их анализ, сделаны необходимые теоретические расчеты, предложена феноменологическая модель изученного явления, подготовлены публикации к печати.

Результаты, приведенные в работе, достоверны и обоснованны, использованием современного высокоточного оборудования в сочетании с вычислительной техникой, большим объемом произведенных измерений, применением современных методов обработки статистических данных, а также воспроизводимостью результатов в системе «н-гексан - чистая ячейка» по температуре достижимого перегрева и качественного вида изобары.

Основные результаты работы докладывались на Ш-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 тепломассообменна в энергетических установках». (Рыбинск, 2003г.), V-м Минском международном форуме по тепло- и массобмену. (Минск, 2004.), XV-ой Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообменна в энергетических установках.» (Калуга, 2005г.), XI-ой Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ. (Санкт - Петербург, 2005г.), IV-ой Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2006г.).

По материалам диссертации опубликованы: 1 статья в рецензируемом журнале, 1 статья в сборнике трудов Института теплофизики, 8 статей в сборниках докладов на международных и российских конференциях. Библиографический список представлен в конце диссертации.

Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение и приложение в конце диссертации, в котором приводятся таблицы экспериментальных данных.

Выход

Сохранить

22

28

Прервать

2552417 0

256 2416 0

257 23881.180000000000

258 2383 0.730999999999

259 2387 2.220000000001 2602411 0

261 2411 0 2622412 0

263 2416 0

264 2415 0

265 2414 0

266 2383 2,524999999997

267 2389 26.27000000000 2682382 4,779000000002

269 2387 2,435999999997

270 2392 8,174899999999

271 2387 3.415000000000

272 23901.490999999998

273 23851.050399999999

274 2400 0

275 2396 0

276 2396 0

277 2384 0,978000000002

278 2390 19,56999999999

279 23920,614999999997

280 2396 0,174000000002

281 23833,534999999999 22^85 П.?7<ППРПППД| 3

283 23922,719000000000

Iffl

J ^г

Рис.2. 12. Регистрация времени жизни жидкости в перегретом состоянии.

Происходит вскипание жидкости. Фиксируется время жизни жидкости. Полученное значение времени жизни жидкости заносится в буфер программы (рис. 2.12).

При измерении времени жизни жидкости полученный результат представляет собой либо положительное действительное значение, либо ноль.

Положительное действительное значение означает, что система успешно перешла в заданное метастабильное состояние и при заданном давлении и температуре происходит измерение времени жизни жидкости.

2.3 Контрольные измерения на установке.

После создания установки произведены контрольные измерения времени ожидания вскипания перегретого н-гексан в чистой стеклянной ячейке. Результаты измерений представлены на рис.2.13.

In fx) 20-2 I ■ I ■ I i ■ i 1

444 446 448 450 452 T, К

Рис.2.13. Экспериментальная зависимость среднего времени ожидания вскипания от температуры для чистой ячейки с рабочим объемом V=0.06 см3 для разных методов дегазации жидкости.

1 - литературные данные [98], 2 - дегазация методом откачки, 3 - методом перекристаллизации.

Из рисунка 2.13 видно, что данные по температуре достижимого перегрева хорошо согласуются между собой и литературными данными [98] (расхождение около 0,3 К). Расхождение средних времен ожидания вскипания перегретой жидкости в области плато (Т=446-453 К) составляет менее 3 с, а в температурном диапазоне Т=453-454,4 К - около 1,5с. При этом, доверительные интервалы экспериментальных точек при заданной температуре почти всегда перекрываются между собой.

Приработка измеряемой системы составляет 100 - 200 вскипаний. Предельный перегрев равен 454,4К (181,2°С).

Таким образом, контрольные измерения свидетельствуют о надежности работы установки.

Результаты и выводы главы 2.

1. Создана автоматизированная на базе персонального компьютера экспериментальная установка для измерения средних времен жизни перегретой жидкости по изобарам и изотермам, отличающаяся от предшествующих следующими качествами:

- измерение времени жизни производится после установления заданного метастабильного состояния;

- задание условий эксперимента (измерение по изотермам или изобарам), измерения времен жизни жидкости в метастабильном состоянии и занесение результатов измерений в компьютер производятся в автоматическом режиме, через интерфейс программного обеспечения.

2. Разработана и реализована методика создания сложной системы «жидкость - мелкодисперсная порошкообразная структура».

3. Разработаны и реализованы методики дегазации исследуемых систем.

4. Проведены контрольные измерения в чистой ячейке, в которых в пределах погрешностей, указанных в работе, воспроизведены температуры достижимого перегрева н-гексана при атмосферном давлении, полученные ранее другими авторами. Таким образом, показана достоверность и надежность производимых измерений.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ.

В настоящей главе представлены экспериментальные результаты по кинетике вскипания н-гексана с различными насыпками [116 - 125]. Это -стеклянный порошок, уголь, силикагель, целлюлоза, оксид алюминия, оксид алюминия со свинцом, оксид циркония. Каждая такая сложная система сравнивается с данными, полученными для чистых условий, без насыпок. Таким образом, мы можем качественно оценить, как различные насыпки влияют на перегрев жидкости.

Измерения проведены вдоль изобары р'= 1 атм. и вдоль нескольких изотерм.

3.1 Изучаемые системы.

Изучаемая система представляет собой исследуемую жидкость с добавлением мелкодисперсного порошка.

В качестве исследуемой жидкости в опытах используется н-гексан марки «ХЧ» (ТУ 2631-003-05807999-98).

Мелкодисперсные порошки имеют размеры частиц от 3-10~9;и до

2 9 2 2

0,3-10 м и удельную поверхность от 10 м /г до 3,5-10 м /г.

Изучается влияние на кинетику вскипания н-гексана добавления в систему мелкодисперсных порошков в различных объемных концентрациях. Свойства изучаемых систем приведены в таблице 3.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Сделан обзор литературы по кинетике вскипания перегретых жидкостей, из которого следует, что изучение вскипания н-гексана на сложных порошковых структурах представляет собой актуальную задачу.

2. Создана экспериментальная установка для измерения времен ожидания вскипания н-гексана в сложных порошковых системах. Установка автоматизирована на базе ПК, измерения времени производятся после установления заданного метастабильного состояния, исследуемая жидкость и экспериментальная ячейка перед измерениями дегазируется, имеется возможность проводить измерения по изобарам и изотермам.

3. Проведены контрольные измерения в чистой ячейке, в которых в пределах погрешностей, указанных в работе, воспроизведены температуры достижимого перегрева н-гексана при атмосферном давлении, полученные ранее другими авторами. Таким образом, показана достоверность и надежность произведенных измерений.

4. Разработана методика изготовления изучаемого образца, его дегазации и заполнения н-гексаном.

5. Измерены средние времена ожидания вскипания н-гексана по изобарам и изотермам в жестких структурах из порошкообразных: стекла, активированного угля, силикагеля, целлюлозы, А1203, А1 + РЬ0,2%ат., Zr02; во взвесях порошков Zr02 и А1 + РЬ0,2%ат. при объемной концентрации около 50%; а также при малых объемных концентрациях Zr02.

6. Экспериментально для всех систем определены температурные границы перегрева н-гексана.

7. Предложен и реализован новый способ определения частоты зародыше-образования как функции времени. Показано, что случайный процесс, приводящий к возникновению закритического жизнеспособного парового пузырька в изученных системах, является нестационарным.

8. Показано, что внесение в чистую систему порошковой структуры приводит к увеличению длительности приработки, снижению средних времен ожидания вскипания и температуры достижимого перегрева.

9. Реализована идея В.П. Скрипова о возможности применения к участкам изотерм с гетерогенным механизмом зародышеобразования флуктуаци-онной теории разрушения твердого тела С.Н. Журкова. С помощью этой теории определены характерные объемы паровой фазы, которые приводят к разделению перегретой жидкости на макроскопические фазы.

10. Предложена простейшая полуэмпирическая паро-газовая модель флуктуационного возникновения парового зародыша на твердой поверхности. Произведено графическое сравнение рассчитанных по модели кривых с экспериментальными данными. Хорошее согласие модели и экспериментальных данных указывает на правильность идеи академика В.П. Скрипова о возможности вычисления равновесного объема гетерогенного зародыша с помощью формулы Журкова.

1. Гибсс Дж.В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982.584 с.

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

3. Фольмер M. Кинетика образования новой фазы. Пер. с нем./ Под ред. К.М. Горбуновой и А.А. Чернова. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. 208 с.

4. Зельдович Я.Б. К теории образования новой фазы. Гомогенная нук-леация. Кавитация //ЖЭТФ. 1942. -Т.12, № 11-12. - С.525-538.

5. Каган Ю.М. О кинетике кипения чистой жидкости // ЖФХ. 1960. -Т.34, №1. -С.92-101.

6. Семенченко В.К. Избранные главы теоретической физики. М.: Просвещение. 1996. 396 с.

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

8. Скрипов В.П., Ермаков Г.В. Давление пара в зародышевом пузырьке // Коллоидный журнал. 1967. Т. 29, № 5. С. 724 -727.

9. Ермаков Г.В., Скрипов В.П. Вычисление давления в зародыше новой фазы при переходе жидкость пар // Коллоидный журнал. 1993. Т. 55. № 1.С. 70 -76.

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

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

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

13. Павлов П.А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей -Свердловск: УрО АН СССР, 1988. - 245с.

14. Вентцель Е.С. Теория вроятностей. М.: Наука. 1969. - 576 с.

15. Несис Е.И., Френкель Я.И. Вскипание газированных жидкостей // ЖТФ. 1952. Т. 22, вып. 9. С. 1500- 1505.

16. Данилов Н.Н., Синицын Е.Н., Скрипов В.П. Кинетика вскипания перегретых бинарных растворов // Теплофизика метастабильных систем. Свердловск, 1977. С.28 42.

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

18. Павлов П.А., Дерябин О.Н. Вскипание эмульсий при импульсном нагреве//ТВТ. 1985. Т. 23, №1. С. 183- 185.

19. Павлов П.А. Ударный режим вскипания // Фазовые превращения в метастабильных системах. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. С. 3 10.

20. Павлов П.А. Проблема центров кипения Препринт №171. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1988. 53 с.

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

22. Wismer K.L. // J. Phys. Chem. 1932. V. 26. P. 301.

23. Mead B. et al., Heat Transfer and Fluid Mechanics Inst. Preprint of Papers, Stanford Univ., 1951, p. 209.

24. Кутателадзе C.C. Основы теории теплообмена. Машгиз. М. Л., 1962.

25. Флуктуационное зародышеобразование и прочность твердых тел. Скрипов В.П. В кн.: Теплофизические исследования перегретых жидкостей. Свердловск: УНЦ АН ССР, 1981.

26. Скрипов В.П., Виноградов В.Е. Сопоставление двух кинетических подходов к долговечности растянутых образцов. // Метастабильные состояния и фазовые переходы. Сб. науч. трудов. Вып.7. Екатеринбург: Уро РАН, 2004. С. 87-94.

27. Скрипов В.П., Виноградов В.Е. Кинетический аспект долговечности растянутых образцов: сопоставление двух подходов. // прикладная механика и техническая физика. 2005. Т.46, №5. С.100-105.

28. Хвольсон О.Д. Курс физики. Т. 3. РСФСР, Гос. изд-во, 1923.

29. Trefethen L. J. Appl. Phys., 1957, v. 28, p. 923.

30. Wakeshima H., Takata K. // J. Appl. Phys. 1958. V. 29. P. 1127.

31. Wakeshima H., Takata K. On the limit of superheat // J. Phys. Soc. Japan. 1958. V.13,№ll.-P. 1398-1403.

32. Moore G.R. // AIChE J. 1959. V. 5. P. 458.

33. Скрипов В.П., Кукушкин В.И. Прибор для наблюдения предельного перегрева жидкости // ЖФХ. 1961. -Т.35, №12.- С.2811-2813.

34. Скрипов В.П., Ермаков Г.В. // ЖФХ. 1963. Т. 37. С. 1925.

35. Скрипов В.П., Ермаков Г.В. Зависимость предельного перегрева жидкостей от давления // ЖФХ. 1964. - Т.38, №3. - С. 396-404.

36. Скрипов В.П., Черепанов В.Н. // Приборы и техника эксперим. 1964, №3. С. 192.

37. Скрипов Е.Н., Синицын Е.Н. // Успехи физ. наук. 1964. Т. 84. С. 727.

38. Ермаков Г.В., Скрипов В.П. // ЖФХ. 1967. Т. 41. С. 77.

39. Ермаков Г.В., Скрипов В.П. // ЖФХ. 1969. Т. 43. С. 2214.

40. Скрипов В.П., Бирюкова JI.B., Данилов Н.Н., Синицын Е.Н. Достижимый перегрев растворов гексафторбензол-н-гексан // В кн.: Теплофи-зические исследования жидкостей. Свердловск. 1975. С.З -5.

41. Blander М., Hengstenberg D., Kats J. L. // J. Phys. Chem. 1971. V. 5. P. 3613.

42. Blander M., Kats J. Bubble nucleation in liquids // AIChE J. 1975. - V.21, №5. - P.833-846.

43. Eberhart J.G., Kremsner W., Blander M. // Journal of colloid and interface science. 1975. V.50. P. 369.

44. Porteous W., Blander M.// AIChE J. 1975. -V.21. P.560.

45. Apfel R.E. // J. Acoust. Soc. America. 1971. V. 49. P. 145.

46. Apfel R.E. // Nature Phys. Sci. 1972. V. 238. P. 63.

47. Mori Y., Hijikata K., Nagatani T. // Internat. J. Heat Mass Transfer. 1976. V. 19. P. 1153.

48. Forest T.W., Ward C.A. // J. Phys. Chem. 1977. V. 66. P. 2322.

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

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

51. Eberhart J.G., Hathaway E.J., Blander M. // Journal of colloid and interface science. 1973. V.50. P. 389.

52. Скрипов В.П., Байдаков В.Г., Проценко С.П., Мальцев В.В. Метаста-бильные состояния жидкого аргона и граница термодинамической устойчивости // ТВТ. 1973. - Т. 11, №3. - С. 682-684.

53. Каверин A.M., Байдаков В.Г., Куваев В.Г. // Теплофизические свойства жидкостей и взрывное вскипание. Свердловск, Издательство УНЦ АН СССР. 1976. С.З.

54. Skripov V.P., Baidakov V.G., Kaverin A.M. // Physica. 1979. V. 95. P. 169.

55. Александров Ю.А., Воронов Г.С., Горбунков B.M. и др. Пузырьковые камеры // Под ред. Н. Б. Делоне. М.: Госатомиздат, - 1963. С. 340.

56. Синицын Е.Н., Скрипов В.П. Методика измерения среднего времени жизни перегретой жидкости // Приборы и техника эксперимента. -1966. №4. - С.178-180.

57. Синицын Е.Н., Скрипов В.П. // Укр. физ. журн. 1967. Т. 12. С. 99.

58. Синицын Е.Н., Скрипов В.П. // Журн. физ. химии. 1968. Т. 42. С. 844.

59. Чуканов В.Н., Скрипов В.П. // В кн.: Теплофизика. Свердловск. Издательство УНЦ АН СССР. 1971. С. 3.

60. Чуканов В.Н., Скрипов В.П. // Атомная и молекулярная физика. 1971. Вып. 189. С. 48. (Свердловск. Изд. Уральск, политех, ин-та).

61. Синицын Е.Н., Данилов Н.Н., Скрипов В.П. // В кн.: Теплофизика. Свердловск. Издательство УНЦ АН СССР. 1971. С.22.

62. Байдаков В.Г., Скрипов В.П., Каверин A.M. // Журн. эксперим. и тер. физ. 1973. Т. 65. С. 1126.

63. Байдаков В.Г., Скрипов В.П. // В кн.: Теплофизические исследования жидкостей.-Свердловск. 1975. С.6.

64. Данилов Н.Н., Синицын Е.Н., Скрипов В.П. // В кн.: Гидродинамика и теплообмен в энергетических установках. Свердловск. Издательство УНЦ АН СССР. 1975. С. 3.

65. Чуканов В.Н., Ефстефеев В.Н. // Атомная и молекулярная физика.1976. С. 99. (Свердловск. Изд. Уральск, политех, ин-та).

66. Виноградов В.Е, Синицын Е.Н, Скрипов В.П. // В кн.: Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела энергетических установок. Минск. Изд-во ИТМО АН БССР. 1976. С. 78.

67. Виноградов В.Е, Синицын Е.Н, Скрипов В.П. // Изв. АН БССР. Сер. физ.-энерг. наук. 1977. №1. С. 117.

68. Виноградов В.Е, Синицын Е.Н, Скрипов В.П. // Изв. АН БССР. Сер. физ.-энерг. наук. 1977. №2. С. 58.

69. Виноградов В.Е, Синицын Е.Н, Скрипов В.П. // Журн. физ. химии.1977. №10. С. 2704 (Деп. ВИНИТИ per. № 2179-77.)

70. Байдаков В.Г., Каверин A.M., Рубштэйн A.M., Скрипов В.П. // Письма в «Журн. тех. физ.». 1977. Т. 3. С.1150.

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

72. Синицын Е.Н., Данилов Н.Н. // В кн.: Теплофизические свойства перегретых жидкостей. Свердловск. Изд-во УНЦ АН СССР. 1978. С. 8.

73. Синицын Е.Н., Занин А.И., Данилов Н.Н. // В кн.: Перегретые жидкости и фазовые переходы. Свердловск. Изд-во УНЦ АН СССР. 1979. С. 40.

74. Sinha D.B., Jalaluddin А.К. // Indian J. Phys. 1961. V. 35. P. 311.

75. Jalaluddin A.K., Sinha D.B. Maximum superheated of liquid mixtures // Indian J. Phys. 1962. - V.36, - P.312-314.

76. Basu D.K., Sinha D.B. // Indian J. Phys. 1968. V. 42. P. 198.

77. Скрипов В.П., Буланов Н.В. // Гидродинамика и теплообмен. Свердловск. Изд-во УНЦ АН СССР. 1972. Вып. 1. С. 41.

78. Скрипов В.П., Буланов Н.В. // Инж. физ. журн. 1972. Т. 22. С. 614.

79. Бирюкова JI.B., Данилов Н.Н., Синицын Е.Н. // В кн.: Теплофизика метастабильных систем. Свердловск: УНЦ АН СССР. 1977. С. 28-42.

80. Павлов П.А., Скрипов В.П. Вскипание жидкости при импульсном нагреве. 1. Методика эксперимента с тонкими проволочками // ТВТ. -1965. Т. 3, №1. С. 109-114.

81. Скрипов В.П., Павлов П.А., Синицын Е.Н. // ТВТ. 1965. Т. 3, №1. С. 722.

82. Павлов П.А., Скрипов В.П. // Инж. физ. журн. 1967. Т. 12. С. 503.

83. Павлов П.А., Скрипов В.П. // В кн.: Тепло- и массоперенос. Т. 2. Минск. Изд-во Наука и техника. 1968. С. 131.

84. Павлов П.А., Скрипов В.П. // Атомная и молекулярная физика. 1969. Вып. 172. С. 134. (Свердловск. Изд. Уральск, политех, ин-та. им. Кирова.)

85. Павлов П.А., Скрипов В.П. Кинетика спонтанного зародышеобразования в сильно перегретых жидкостях // ТВТ. 1970. Т.8, №3. С. 579-585.

86. Скрипов В.П., Павлов П.А. // ТВТ. 1970. Т.8, №3. С. 833.

87. Попель П.С., Павлов П.А., Скрипов В.П. // В кн.: Тепло и массопере-нос. Т. 2. 4.1. Минск. Изд-во ИТМО АН БССР. 1972. С. 327.

88. Попель П.С., Павлов П.А., Скрипов В.П., Штернер С.Р. Импульсный метод определения температуры достижимого перегрева растворов электролитов//Атомная и молекулярная физика. Свердловск, 1976. С. 107-110.

89. Павлов П.А., Попель П.С. // Теплофизические свойства жидкостей и взрывное вскипание. Свердловск, Издательство УНЦ АН СССР. 1976. С. 59.

90. Павлов П.А., Синицын Е.Н., Никитин Е.Д., Усков B.C. Плотность центров кипения при импульсном перегреве // В кн.: Материалы XXI Сибирского теплофизического семинара. Новосибирск. 1979.

91. Синицын Е.Н., Занин А.И., Усков B.C. Влияние электрического поля и металлической поверхности на вскипание перегретой жидкости // В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Теплофизика и гидрогазодинамика процессов». Рига. 1982. Т. 1.

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

93. Синицын Е.Н., Усков B.C. Вскипание перегретого н-гексана на твердой поверхности // В кн.: Фазовые превращения в метастабильных системах. Свердловск. 1983.

94. Синицын Е.Н., Усков B.C. О гетерогенном зародышеобразовании при вскипании жидкости на смачиваемой поверхности // В кн.: Тезисыдокладов VIII Всесоюзной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике. Ташкент. 1983. 41.

95. Синицын Е.Н., Усков B.C. Кинетика вскипания перегретого н-пентана при умеренных перегревах // Деп. в ВИНИТИ 25.10.84. (N 6894 Деп.)

96. Падерин И.М. Вскипание перегретого н-пентана на пористой поверхности // Тезисы докладов VI Всесоюзной школы-семинара молодых ученых и специалистов (Волгоград, 23-26 мая 1986г.): Волгоград, -1986. С.56-57.

97. Усков B.C. Вскипание перегретых жидкостей на твёрдых поверхностях и под действием ОС -излучения: Дис. . канд. физ-мат. наук -Свердловск, 1987.- 142 с.

98. Синицын Е.Н., Падерин И.М. Вскипание перегретого н-пентана на пористом никеле в изотермических условиях // Тепломассообмен: (Минский международный форум по тепло- и массообмену ). Минск. 1988. Т.4, С.169-171.

99. Падерин И.М., Синицын Е.Н. Вскипание перегретого н-пентана на пористом никеле при непрерывном сбросе давления // Тепловые процессы и метастабильные состояния. Свердловск. 1990. С. 54-56.

100. Падерин И.М., Усков B.C. Исследование вскипания перегретых жидкостей на капиллярно-пористых поверхностях // Тезисы докладов II Минского международного форума по тепло- и массообмену (Минск, 18-22 мая, 1992 г.). Минск. 1992. С. 201-204.

101. Падерин И.М., Усков B.C. Вскипание умеренно перегретых жидкостей на пористой поверхности// Термодинамика и кинетика кипения. Екатеринбург. 1993. С. 85-89.

102. Падерин И.М., Усков B.C., Ермаков Г.В. Кинетика вскипания перегретой жидкости в присутствии пористой и гладкой поверхностей // ТВТ. 1994. Т.32, № 6. С. 863-866.

103. Падерин И.М., Ермаков Г.В., Гулецкая И.Ф. Кинетика вскипания перегретой жидкости в процессе «приработки» инициирующей поверхности //ТВТ. 1995. Т.ЗЗ, №1. С.77-80.

104. Падерин И.М., Ермаков Г.В. Вскипание перегретого н-пентана на никелевом порошке// Труды Второй Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 26-30 октября 1998 г.). М. 1998. Т.4. С. 195-198.

105. Падерин И.М., Ермаков Г.В. Статистический анализ процесса вскипания перегретой жидкости на поверхности твёрдых тел // Сборник научных трудов ИТФ УрО РАН «Метастабильные состояния и фазовые переходы», выпуск 3. 1999. С. 24-32.

106. Падерин И.М., Михалевич JI.A., Ермаков Г.В. Приработка поверхностей при вскипании сильно и слабо перегретых жидкостей // Труды Минского Международного форума по тепло- и массообмену, 22-26 мая 2000 г., г. Минск: АНК "ИТМО им. А.В. Лыкова" НАНБ.

107. Синицын Е.Н., Усков B.C., Занин А.И. Исследование спонтанного и инициированного вскипания перегретых жидкостей // Тез. докл. 7-ой Всесоюзной конференции «Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах». Ленинград. 1985. Т. 2. С. 414-416.

108. Синицын Е.Н., Усков B.C. Исследование инициированного а излучением вскипания перегретых жидкостей // В кн.: Тезисы докладов Всесоюзного совещания по теплофизике метастабильных жидкостей. Свердловск. 1985.

109. Синицын Е.Н., Усков B.C. Вскипание перегретого н-пента и н-гексана под действием а частиц // В кн.: Термодинамические исследования метастабильных жидкостей. Свердловск. 1986.

110. Падерин И.М. Влияние а излучения слабой интенсивности на вскипание перегретого бензола // Тезисы докладов III Всесоюзной конференции молодых исследователей (Новосибирск, 28-30 марта 1989г.): -Новосибирск, -1989. -С.256-257.

111. Падерин И.М., Синицын Е.Н., Усков B.C. Инициирование вскипания перегретых жидкостей под действием а- излучения // Метастабиль-ные фазовые состояния и кинетика релаксации. Свердловск, - 1992. -С. 71-75.

112. Падерин И.М. Исследование влияния поверхности металлов и ионизирующего излучения на кинетику зародышеобразования в перегретых жидкостях. Дис. . канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург. 1999. С. 142.

113. Падерин И.М., Паршакова М.А., Гурашкин А.Л., Ермаков Г.В. Изучение кинетики вскипания н-гексана на поверхности адсорбента // Труды РНКТ-3, МЭИ, 2002, т. 8, с. 87-90.

114. Гурашкин А.Л., Паршакова М.А., Ермаков Г.В. Изучение кинетики вскипания сильноперегретого н-гексана на поверхности силикагеля // Тез. докл. и сообщений на 5-м Минском международном форуме по тепло- и массобмену. Минск, - 2004. - Т.2, - С. 34-36.

115. Паршакова М.А., Гурашкин А.Л., Ермаков Г.В. Вскипание сильно перегретого н-гексана в жесткой структуре из целлюлозы. // Тез. докл. и сообщений XI Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ. Санкт Петербург, 2005. Т.1. С. 87.

116. Гурашкин А.Л., Ермаков Г.В. Кинетика вскипания сильноперегретого н-гексана в структурах из нанопорошков. // Тез. докл. и сообщений XI Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ. Санкт-Петербург, 2005. Т.2. С. 172.

117. Гурашкин А.Л., Ермаков Г.В. Расчет параметров сильно перегретой жидкости в режиме гомогенного и гетерогенного вскипания в чистой стеклянной ячейке // Труды РНКТ-4, МЭИ, 2006, т. 4, с. 71-74.

118. Гурашкин A.JI., Ермаков Г.В., Перминов С.А. Вскипание перегретого н-гексана в жестких структурах из нанопорошков // Труды РНКТ-4, МЭИ, 2006, т. 4, с. 75-78.

119. Гурашкин А.Л., Перминов С.А., Ермаков Г.В. Экспериментальное изучение кинетики вскипания и границы перегрева н-гексана в жестких порошковых структурах. // Теплофизика и аэромеханика, Новосибирск, ИТ СО РАН, 2006, том 13, №4, с. 641-650.

120. Липнягов Е.В. Исследование характера вскипания перегретых жидкостей вблизи границы достижимого перегрева. Дис. . канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург. 2006. С. 148.

121. Parshakova М.А., Ermakov G.V. Nucleation as a local subsystem fluctuation // Physica A. 2002. - Vol. 303. - PP. 35-47.

122. Паршакова M.A. Многомерная кинетика зародышеобразования в системах жидкость пар // ТВТ. - 2004. - Т.42, №4. - С.608-617.