Теория массопереноса в двухфазных средах с хаотической структурой и в твердых растворах замещения

• Автор: Алапа Стефен Очефу
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 92 с.

Оглавление.

Введение: Цель и задачи исследования

Глава I. Теория Онзагера массопереноса в концентрированных электролитах

1.1 Исходные представления

1.2 Гидродинамическое представление диффузии Онзагера

Глава II. Массоперенос в твердых растворах замещения

§ 3. Твердые растворы

§ 4. Вакансионный механизм диффузии в растворах замещения

§ 5. Диффузия в бинарном сплаве с учетом неравновесных вакансий..

5.1 Пластическое течение в кристаллической решетке сплава

5.2 Обобщенная теория взаимной диффузии. Учет источников гибели

неравновесных вакансий и пластического течения
Глава III. Диффузия и гидродинамика в двухфазных средах с
хаотической внутренней структурой
§ 6. Гомогенное усреднение уравнений переноса
§ 7. Метод криволинейных координат, естественных для геометрии
порового пространства
§ 8. Дифференциальные свойства пор. Эффективные коэффициенты
переноса
Глава IV. Теория диффузии в хаотической пористой среде с
динамичной межфазной внутренней поверхностью
§ 9. Уравнения диффузии в пористой среде в гомогенном
приближении
§ 10. Пассивация металлов защитным солевым слоем
§ 11. Локальная пористость при диффузии с фазовыми переходами на
стенках пор
Заключение
Приложение
Список литературы:
Введение: Цель и задачи исследования.
Для многих современных технологий и систем (например электрохимической и ядерной энегертики и др.) характерно использование процессов и режимов, в которых происходит интенсивный межфазный тепло - и массообмен, достигаются предельно большие концентрации реагирующих веществ и скорости диффузионно-конвективного транспорта, а также миграции в сильных полях. Эти процессы реализуются в сильно неравновесных условиях, т.е. при больших температурных, концентрационных и электросиловых градиентах. [1-8]
Для математического моделирования систем, функционирующих в указанных жестких режимах должны использоваться соответствующие теоретические подходы, учитывающие сложную специфику происходящих процессов.
К ним относится общая теория массопереноса в концентрированных электролитах, созданная Онзагером [9 -15] и рассматриваемая в диссертации. Традиционная теория, соответствующая обычным (« мягким») режимам, следует из метода Онзагера, как частный предельный случай [17-23].
Во многих случаях ситуация усложняется структурным фактором. К ним относится случай среды со случайной структурой. Её примером служит двухфазная твердо - жидкая пористая среда, в котором межфазная внутренняя поверхность £ является геометрически случайной и математически не может быть описана.
Поверхностные процессы на £ и условия межфазного сопряжения характерных физических величин определяют граничные условия для уравнений переноса массы, тепла и зарядов в каждой из фаз. Вследствие случайности внутренней поверхности £ указанные граничные условия и, следовательно уравнения являются стохастическими.
На многофазную кинетику процессов в пористых средах определяющим образом влияют такие характеристики их случайной

структуры, как величина удельной внутренней поверхности и пористости, пересеченность порового пространства £2, двойные электрические слои на Е, и др.
Как правило исследумое явление можно описать лишь для отдельной поры, причем само понятие поры в хаотической структуре является интуитивным и требуется её математическое определение. Для перехода от рассмотрения явления в отдельной поре к его рассмотрению в макроскопическом объеме пористой среды необходимы стохастические структурные модели и статистические методы анализа, используемые в диссертации [24 -29].
Пористые среды распространены в природе и технике. Их рассмотрение необходимо в проблемах катализа, геологической электромагнитной разведке, мембранных технологиях, в материаловедении и т.д. Однако они являются лишь частным случаем систем со случайной внутренней геометрией. При более общем подходе к ним можно отнести среды с развитой системой распределенных случайных неоднородностей или включений (например поликристаллическую смесь металлов). Процессы переноса в них также охватываются методами, изложенными в диссертации.
Далее в ней разработана модель интенсивного массопереноса в твердых многокомпонентных растворах, в частности в бинарных сплавах. При этом учтены такие явления, как возникновение пластического' течения в решетке сплава, экпериментально наблюдаемого при определенных условиях на опыте. Оно появляется при достаточно больших потоках компонент сплава. В этом случае в ней возникает большая концентрация неравновесных вакансий и пластика компенсирует их кондесацию, предохраняя тем самым решетку от разрушения.
Из изложенного видно, что целью диссертационной работы является рассмотрение интенсивно протекающих процессов переноса в системах со сложной внутренней структурой. Её задачами служит разработка их стохастических структурных моделей с использованием статистичестких методов исследования; применение этих моделей к процессам диффузии в твердо-жидкой пористой среде с реакциями на межфазной внутренней

временному интервалу, сравнительно с которым продолжительность флюктуаций мала.
Для построения гомогенной модели процессов переноса определим вначале понятие криволинейной (извилистой) поры, которое пока - что остается интуитивным. Его определение позволит получить выражения для эффективных коэффициентов переноса, для структурных характеристик
, .. ДУЖ „ „ с дБ
среды (ее пористости g = -у-, удельной внутренней поверхности Луд = ——,
извилистости у и др, а также установить связь между этими величинами и провести гомогенное усреднение уравнений диффузии (3.1). С этой целью введем в поровом пространстве О систему криволинейных ортогональных координат. [48, 49, 71, 72].
Рассмотрим стационарный поток некоторой физической величины ц> (например, поток массы или электрических зарядов) в жидкой фазе, не содержащей объемных источников. Очевидно, что линии тока и эквипотенциали к ним (связанные с решением уравнения Лапласа Д|/ = 0) определятся геометрией порового пространства О и дополнительными условиями на его граничной поверхности £(г). Если она непроводящая, то линии тока расположатся вдоль £(г), а эквипотенциальные сечения поры ортогонально к £(г) • Вследствие хаотичности и пересеченности порового пространства некоторые эквипотенциали неизбежно касаются стенок £(г). Точки (или линии) касания определяют одновременно места ветвления тока. Такие эквипотенциальные поверхности разделяют пространство П на элементы О], в которых точки ветвления отсутствуют. Эти односвязные элементы в общем случае и являются отдельными порами (рис 3.)