Развитие неустойчивости паровых, газовых и парогазовых пузырьков в перегретой жидкости

• Автор: Коледин, Виктор Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Введение
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЯ, ПОСВЯЩЕННЫЕ ИЗУЧЕНИЮ РОСТА ПАРОВЫХ, ГАЗОВЫХ И ПАРОГАЗОВЫХ ПУЗЫРЬКОВ В ПЕРЕГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ
1.1. Обзор экспериментальных и теоретических работ, посвященных росту пузырьков в перегретых жидкостях
1.2. История возникновения и развития метастабильного состояния жидкости
1.3. Поведение парового пузырька в перегретой жидкости в состоянии равновесия
ГЛАВА 2. К ТЕОРИИ РОСТА ПАРОВЫХ И ГАЗОВЫХ ПУЗЫРЬКОВ В МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ
2.1. Рост паровых пузырьков в равномерно перегретой жидкости
2.1.1. Постановка задачи и основные уравнения
2.1.2. Линейный анализ
2.1.3. Нелинейные решения для одиночного пузырька
2.1.4. Развитие неустойчивости для пузырьковой жидкости
2.1.5. Переход жидкости с паровыми пузырьками из метастабильного в устойчивое состояние
2.2, Линейная теория развития неустойчивости газового пузырька
2.2.1. Постановка задачи и основные уравнения
2.2.2. Результаты расчетов
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ОБ УСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ПАРОГАЗОВЫЕ ЗАРОДЫШИ, А ТАКЖЕ РОСТ ПАРОВОГО ПУЗЫРЬКА В БИНАРНОЙ ЖИДКОСТИ
3.1. Рост парогазовых пузырьков в равномерно перегретой жидкости
3.1.1. Постановка задачи и основные уравнения
3.1.2. Линейный анализ
3.1.3. Нелинейные решения для парогазового пузырька
3.1.4. Развитие неустойчивости для жидкости с распределенными по объему зародышами
3.1.5. Эволюция перехода перегретой жидкости с газовыми зародышами в устойчивое состояние
3.2. Линейная теория развития неустойчивости парового пузырька в бинарной жидкости
3.2.1. Постановка задачи и основные уравнения
3.2.2. Результаты расчетов
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Особенности роста одиночного и системы паровых, газовых и парогазовых пузырьков в перегретой жидкости имеют важное значение в плане понимания основных закономерностей процессов кипения. История исследования процесса роста паровых пузырьков в перегретых жидкостях обширна и в настоящее время не теряет своей актуальности в связи с важностью приложений, связанных, прежде всего с ядерной энергетикой, а также во многих отраслях современной промышленности, таких как теплоэнергетика, химические и криогенные технологии, нефтяное и газовое хозяйства. Совершенствование технологических процессов в перечисленных областях, а также анализ масштабов последствий возможных аварий требует глубокого понимания особенностей вскипания жидкостей.
В связи с этим актуально создание теоретических моделей как основы изучения динамики роста паровых, газовых и парогазовых пузырьков в перегретых жидкостях.
Цель работы. Построение математических моделей, описывающих рост паровых и парогазовых пузырьков в перегретой жидкости, а также газовых пузырьков в газонасыщенной жидкости. На их основе изучить основные закономерности и механизмы процессов кипения в зависимости от исходных параметров системы.
В соответствии с представленной целью в диссертационной работе рассматривались следующие задачи:
• обзор и анализ научной литературы по изучению роста паровых, газовых и парогазовых пузырьков в перегретой жидкости;

Кроме того, из уравнения Релея-Ламба для решений вида (2ЛЛ4) следует
рЯ!1! +4рМ'>А-2^
V ао у
а0Ар = 0. (2ЛЛ7)
Уравнения (2ЛЛ6) и (2ЛЛ7) представляют собой для Аа и Ар линейно
однородную систему. Поэтому, чтобы эта система имела нетривиальное решение, определитель, составленный из коэффициентов при Аа и Ар,
должен равняться нулю. Из этого условия получим следующее характеристическое уравнение:
¥(Х)=р^2а02+4р><»> + 2ЗУУ = 0. (2.1.18)
у + Р(1 + у) а
Видно, что функция ¥(А.) при >. > 0 непрерывна и удовлетворяет условиям ¥(о) = -2а/а0 < 0 при X = 0 и ¥(А.) —» +со при X —> оо. Следовательно, уравнение (2.1.18) относительно X всегда имеет положительный корень. Причем в этом уравнении первое, второе и третье слагаемые выражают эффекты радиальной инерции жидкости, вязкости жидкости и процессов тепломассообмена на развитие неустойчивости. Существование положительного корня означает, что выражение вида (2.1.14) представляют собой решения [47], для которых исходное состояние равновесия достигается при / —» -оо .
В том случае, когда развитие неустойчивости лимитируется радиальной инерцией (второе и третье слагаемые в (2.1.18) несущественны), для величины инкремента имеем
= (2.1.19)

Предполагая, что величина инкремента определяется лишь вязкостью жидкости, пренебрегая в (2.1.18) первым и третьим слагаемыми получим