Адиабатическое замораживание воды холодом гранул льда как задача Стефана

• Автор: Ащеулова, Алена Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Оглавление

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ СИСТЕМ С ПОДВИЖНОЙ ГРАНИЦЕЙ

1.1 Физическая сущность задачи Стефана .

1.1.1 Формула Р. Планка .

1.2 Физические основы теории фазовых превращений вещества

1.3 Математические модели задачи Стефана с фазовыми переходами .

1.3.1 Модель с образованием границы раздела фаз

1.3.2 Задача Стефана как обратная коэффициентная задача.

1.3.3 Задача формирования пленки электролита на ледяном электроде

1.3.4 Задача о промерзании грунта
1.4 Лед и вода аномалии фазового состояния
1.5Кристаллизация льда.
1.6 Физикохимические свойства льда.
1.7 Физикомеханические свойства льда
1.8.Лед и человек
1.9 Зимники и ледовые переправы.
1.9.1 Аварии и трагедии на ледовых переправах.
Выводы
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АДИАБАТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
2.1 Задача Стефана
2.2 Математическая модель процесса намораживания воды на поверхности гранул льда.
2.3 Переход к новым переменным
2.4 Задача о фазовом переходе на поверхности гранулы льда
2.5 Численное решение модели движения границы раздела фаз
2.6 Вывод зависимости изменения объема гранулы.
2.7 Определение коэффициентов фазового перехода
Выводы
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РАБОТЫ
3.1 Получение сферических гранул льда
3.2 Блоки для получения ледяных полусфер.
3.3 Получение сферических гранул на подвесах.
3.4 Схема установки с кипящем слоем
3.5 Измерительная лабораторная техника.
Выводы.
ГЛАВА 4. Кинетика адиабатического намораживания льда
4.1 Статистические условия намораживания.
4.2 Динамические условия намораживания в кипящем слое
4.3 Явление самозамораживания и его использование
Выводы.
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГРАНУЛИРОВАННОГО ЛЬДА
5.1 Технология наращивания ледовой переправы.
5.2 Применения льда для хранения морепродуктов.
5.2.1 Охлаждение рыбы
5.2.2 Замораживание рыбы и рыбного филе
5.2.3 Хранение рыбы и рыбных продуктов.
5.2.4 Улучшение качества сохранности морепродуктов
Выводы.
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.
ЛИТЕРАТУРА


Они представляют метастабильные фазы. На рис. О метастабильных фазах газа и жидкости говорят как о переохлажденном паре и перегретой жидкости. Классификации фазовых переходов. Согласно классификации Эренфеста, существует два типа фазовых переходов первого и второго рода. Рис. Это послужило основанием назвать такие превращения фазовыми переходами первого рода . В качестве примера на рис. Штриховыми линиями показаны области метастабильных, термодинамически неустойчивых состояний системы. ЕЫкТ
Рис. Рис. Т7 при фазовом переходе первого рода паркристалл. Поведение внутренней энергии системы, приходящейся на одну молекулу, изображено на рисунке 1. Скачок энергии в точке перехода представляет собой поглощаемую скрытую теплоту. Соответственно теплоемкость в точке фазового перехода первого рода имеет всплеск. При теоретическом описании фазовых переходов первого рода каждую из фаз обычно описывают отдельно. Получить описание фазового перехода первого рода, одновременно учитывая все состояния системы, до настоящего времени не удается изза математических трудностей. Количественное исследование процесса теплопереноса в дисперсных средах проводится на основе двух математических моделей первая и широко распространенная модель известна под названием задачи типа Стефана и вторая модель постановка задачи в спектре температур. Обе эти модели основаны на двух различных физических интерпретациях процесса промерзания. В соответствии с одной из них фронт фазового перехода представляет собой резкую границу раздела между двумя фазами одного материала, что соответствует фазовому переходу при определенной постоянной температуре. По другой интерпретации фронт фазового перехода представляет протяженную границу раздела между мерзлой и талой зонами, что соответствует фазовому переходу в спектре температур . Задача Стефана до сих пор привлекает внимание исследователей сложностью математической постановки задачи. Это одна из труднейших краевых задач нестационарной теплопроводности. Во многих работах предлагается решение этой задачи при помощи рядов Фурье. В некоторых случаях такой подход позволяет получить новые результаты, например, в одномерном случае получить все возможные аналитические решения. В процессе промерзания дисперсной среды происходит изменение е физического состояния, в частности, переход из талого состояния в мерзлое. Математическая модель строится из предположения, что фазовый переход происходит при одной определенной температуре Тф. Принимается, что к границе раздела фаз переносится тепло только за счет теплопроводности и что при движении границы раздела полностью выделяется теплота фазовых переходов воды. Ср1 сНуА8гас1Т ТТФ 1. Ср с1гас1Т1 ТТФ 1. Индексы М, Т относятся соответственно к мерзлой и талой зонам. Одномерная задача. Пусть имеем стержень единичного сечения, состоящий из двух частей с различными фазовыми состояниями, разделенных границей . За время Дг граница фазового перехода переместится от точки XI до точки Х2ХА. При этом затвердевает или расплавляется масса вещества Д и выделяется теплота фазового превращения, равная 1А где Ь скрытая теплота кристаллизации. Напишем уравнение теплового баланса в промежутке АХ2Х. Т 3 дТ . АасИ, гасТ2гас1Ф Ьр 0, 7 11. Кроме уравнения 1. Для выделения единственного решения уравнений 1. Сформулированная задача, даже в случае линейности уравнений теплопроводности в каждой из зон, относится к классу нелинейных в силу условия Стефана и решение ее возможно с помощью численных методов. Формулировка задачи промерзания протаивания в виде задачи Стефана нашла широкое применение при исследовании процессов промерзания протаивания грунтов, теплового и механического взаимодействия инженерных сооружений с мерзлыми грунтами и окружающей средой. Пд, 0,0г и П х, 1,0г, где 80 некоторая, заранее неизвестная, граница раздела фаз. Область О. О. твердой фазой. Юго, x,п. Итак, в случае одной пространственной переменной, формулируется задача Стефана. Требуется найти границу раздела фаз и функции 6xx,, удовлетворяющие уравнениям 1.