Эмпирические топологии поверхностей скорости зародышеобразования
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ерсональный компьютер
В качестве источника света фотоэлектрического счетчика использовался гелий-неоновый лазер - УНЛЗ-У5. Фотоэлектронный умножитель ФЭУ-114 регистрировал частицы, попадающие из конденсирующего устройства в счетный объем. Счетный объем образовывался пересечением сфокусированного лазерного пучка, сформированного линзой и диафрагмами, сферическим зеркалом и полем зрения оптической системы фотоэлектронного умножителя. Внутренняя поверхность части счетчика, в которой находился счетный объем, была почернена для подавления остаточной паразитной засветки и рассеянного частицами света. Счетное устройство имело два входа - для абсолютного и относительного счета. При низких скоростях нуклеации происходил подсчет всех частиц абсолютным счетчиком. При переходе на высокие концентрации счетное устройство программно переключалось на второй канал, обеспечивающий режим счета известной доли частиц. Доля частиц, составляющая в экспериментах величину менее 0.01, определялась программно - калибровкой по показаниям абсолютного счетчика.
Определение активности паров исследуемого вещества в конденсирующем устройстве проводили путем решения на ЭВМ уравнений тепломассообмена в ламинарном стационарном осесимметричном парогазовом потоке. Поля скоростей и температур газа-носителя рассчитывались численным решением системы уравнений Навье-Стокса в цилиндрических координатах совместно с краевыми условиями:
,
где u - скорость газа, r - координата по радиусу, T - температура, R - радиус трубки, x - координата по оси цилиндрической трубы, - заданная температура стенки трубы, - начальный профиль температуры потока при входе в трубку, - начальный профиль скорости потока при входе в трубку. Относительная погрешность расчета составляла 0,5%.
2.2 Расчёт скорости нуклеации в камере
Для расчета скорости зародышеобразования использовался алгоритм, предложенный Вагнером и Анисимовым в работе [23]. Для определения максимальной скорости образования аэрозольных частиц по этой методике необходимо использование выражения для оценки теоретической скорости нуклеации.
Отношение максимума теоретической скорости нуклеации к расчетному числу аэрозольных частиц (), производимых аэрозольным генератором в единицу времени, примерно равно соответствующему значению экспериментальных величин. Т.е.
Неточность равенства связана с недостатками теории. Однако использование теоретических величин дает величину отношения с небольшой погрешностью, поскольку недостаточно хорошо определенные коэффициенты теоретического выражения для скорости нуклеации практически точно сокращаются. Это подтверждается сравнением расчетного и экспериментально определенного объемов нуклеации. Отсюда легко получить выражение для максимума скорости нуклеации:
,
где - экспериментальное и теоретическое число частиц, произведенных генератором аэрозолей в единицу времени, - теоретическая скорость нуклеации в зоне наиболее интенсивного зародышеобразования. При соблюдении подобия в распределении концентраций пара и температур (это в эксперименте выполняется) наблюдается отсутствие зависимости значения максимальной скорости нуклеации от расхода газа, что снижает требования к точности измерения последнего.
Максимальная скорость аэрозолеобразования в конденсирующем устройстве рассчитывалась решением задачи тепломассообмена и учетом эмпирических данных о концентрации аэрозоля.
3. Топологический подход к теории нуклеации
Одна из новых идей для развития представлений об аэрозолеобразовании в пересыщенном паре связана с анализом топологии поверхности скоростей нуклеации пара. Создание поверхностей скоростей нуклеации основано на знании диаграмм фазового состояния исследуемых систем и экспериментальных результатах по нуклеации.
Первое краткое рассмотрение топологии поверхности скоростей нуклеации над РТ-диаграммой с тройной точкой, где Р и Т - соответственно давление и температура, опубликовано в работе [24]. Предварительные результаты с обсуждением топологии поверхности скоростей нуклеации паров для идеальных систем приведены в [25; 26], где рассматривается построение поверхности в зависимости от давления или активности для однокомпонентных и бинарных систем при нуклеации над линией равновесия пара, охватывающей области устойчивого и метастабильного равновесия пара с жидкостью или кристаллом.
В работе [27] показана взаимосвязь поверхности скоростей нуклеации пара с диаграммой состояния растворов, обсуждается принцип построения поверхностей скоростей нуклеации для бинарных систем с неограниченной растворимостью компонентов в конденсированной фазе и ограниченной взаимной растворимостью, имеющей диаграмму состояния с перитектической точкой для докритической температуры компонентов системы и температуры выше критической одного из компонентов. Рассмотрение обнаруживает необходимость учета диаграмм состояния нуклеирующих систем при теоретическом описании нуклеации бинарного пара. Построение диаграмм состояния исследуемых веществ дает качественное представление о поверхности скоростей нуклеации. С использованием топологического анализа некоторые проблемы в теории нуклеации формулируются более ясно.
Универсальная теория нуклеации, созданная на основе существующих принципов, не может быть успешной в настоящее вре?/p>