Эмпирические топологии поверхностей скорости зародышеобразования
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
p>
Из рис. 7 видно, что температурный интервал плавления для глицерина с увеличением давления газа-носителя в системе сдвигается в область более высоких температур (при давлении в системе P=1 атм.: 293,75 -295,85 K , Р=2 атм.: 293,75 -297,95 K Р=3 атм.: 295,85 -299,03 K ) , удаляясь от температуры плавления чистого глицерина, что естественно связать с ростом растворенного в конденсате двуокиси углерода. Температурный интервал фазового перехода, связанного с критической линией бинарной системы сдвигается к критической температуре т.е. в область более низких температур (при давлении в системе P=1 атм.: 315,85 -318,95 K , Р=2 атм.: 314,75 -316,85 K Р=3 атм.: 310,65- 314,75 K ), что представляет физически разумный результат, поскольку достаточно очевидно, что найденный фазовый переход первого рода переходит в фазовый переход второго рода, т.е. в критическую точку чистой двуокиси углерода. Этот результат можно рассматривать в качестве экспериментального подтверждения участия газа-носителя в образовании критического зародыша новой фазы.
Долгое время считалось, что газ-носитель не принимает участия в образовании критических зародышей, а лишь служит средой для отвода теплоты конденсации и подержания процесса аэрозолеобразования в изотермических условиях. Однако, многие авторы указывают на то, что в конденсирующейся газовой среде могут находиться критические кластеры, включающие в себя газ-носитель [29]. В 90-х годах при измерении эффекта давления обнаружено, что в приближении идеальных растворов молекулы газа-носителя входят в состав критических зародышей, т.е. в кластеры, состоящие из молекул пара, способного к нуклеации, входят молекулы газа. Хейст с коллегами [30; 31] сообщили о влиянии эффекта давления и эффекта природы газа-носителя на скорость нуклеации для серии коротко-цепочечных спиртов (измерения были сделаны с использованием статической диффузионной камеры при давлениях до 40 бар в атмосфере). Результаты экспериментов различных исследовательских групп подтверждают наличие зависимости скорости нуклеации от общего давления газа-носителя.
Независимые результаты, полученные с использованием различных экспериментальных схем, демонстрируют несовпадение изотерм скоростей зародышеобразования для идентичных паро-газазовых систем при одинаковых температурах нуклеации и пересыщениях пара (Рис.8).
Рисунок 8 - Примеры несовпадения экспериментальных данных для а) расширительной камеры (крестики), б) статической камеры (закрашенные значки) в сравнении с результатами поточно-диффузионной камеры. S- пересыщение
Природа этих несоответствий пока не изучена и является одной из главных проблем современного эксперимента по исследованию кинетики зародышеобразования. Наша гипотеза состоит в том, что нуклеацию в таких системах нужно рассматривать с позиций представлений о зародышеобразовании в бинарной системе. В качестве второго компонента нужно рассматривать газ-носитель. При этом кривая (скорость нуклеации - давление) трансформируется в поверхность, где x - состав смеси. Пример такой поверхности представлен на Рисунке 9.
Рисунок 9 - Пример поверхности скорости нуклеации для системы пентанол-вода, - суммарное давление, x - состав. Данные получены при помощи расширительной камеры [32]
Причина несовпадения экспериментальных данных, полученных различными методами, может быть связана с ошибочной интерпретацией участия газа-носителя в процессе нуклеации. В данный момент не существует эмпирических результатов, в которых бы учитывался газ-носитель, как нуклеирующий компонент, поэтому мы обратились к опубликованным экспериментальным данным [32], которые были получены при помощи расширительной камеры для системы пентанол-вода. Эти данные могут быть рассмотрены в качестве модельных для демонстрации эффектов от газа, участвующего в создании критического зародыша конденсата. Особенностью экспериментов в расширительной камере является постоянное отношение концентраций компонентов для одной серии измерений. Из результатов экспериментов [32] видно, что вдоль одной экспериментальной кривой активности компонентов варьируются. При измерении скорости зародышеобразования с помощью поточно-диффузионной камеры активность одного из компонентов обычно остается постоянной [33]. Изотермы скорости нуклеации в системе пентанол-вода для ряда постоянных значений активности компонентов, моделирующих измерения в поточно-диффузионной камере были получены линейной интерполяцией данных [32].
Рисунок 10 - Траектории экспериментов для расширительной камеры (кружки) и для поточно-диффузионной (ромбы). A1, A2 - активности первого и второго компонентов
На рис. 10 показано расхождение траекторий изотерм скорости зародышеобразования для данных, полученных в расширительной камере и в поточной диффузионной камере.
Рисунок 11 - Пример несовпадения изотерм скоростей нуклеации в поточно-диффузионной (квадратики) и расширительной камерах (круги) для системы пентанол-вода
Сравнение этих результатов (Рис.10, 11) без учета траекторий обнаруживает явное расхождение по скоростям нуклеации. На модельной системе показано, что эти два эмпирических метода имеют различные траектории в пространстве параметров нуклеации, что может объяснять природу расхождения данных различных экспериментальных методов.
Заключение
Исследована бинарная система глицерин - диоксид углерода. Найдены фазовые переходы первого рода в критических зародышах, ?/p>