ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение скорости образования зародышей и роста центров конденсации при турбулентном смешении газов из "Теоретические основы образования тумана при конденсации пара Издание 3" Несмотря на то, что изучение процесса образования новой фазы представляет значительный интерес, до настоящего времени отсутствуют надежные экспериментальные данные для непосредственного определения скорости образования зародышей при гомогенной конденсации пара. [c.112] Приведенные выше данные по образованию тумана при смешении газов в струе могут быть использованы для определения скорости образования новой фазы, а также для определения скорости роста капель в пересыщенном паре. В опытах по определению критического пересыщения пара воды и глицерина в свободной струе туман наблюдался на некотором расстоянии от сопла (см. рис. 3.5). Между тем из результатов изучения гидродинамики свободной струи следует, что смешение газов происходит уже в самом начале струи. При этом линия максимального пересыщения пара также начинается у сопла (см. рис. 3.7, кривая /). [c.112] Отсутствие тумана в начальном участке струи при достаточном пересыщении пара (что подтверждается образованием тумана в основном участке струи) объясняется тем, что скорости потока (по осям X и у) в начальном участке струи велики. Поэтому время пребывания газовой смеси в зоне максимального пересыщения пара оказывается недостаточным для того, чтобы произошло образование зародышей и эти зародыши выросли до размеров, достаточных для наблюдения заметного оптического эффекта. [c.112] Первой попыткой определения скорости образования зародышей в турбулентной струе являются исследования Хигути и 0-Конски в которых экспериментальные значения численной концентрации тумана, образующегося в струе, сравнивались с результатами расчета, выполненного на основе данных о гидродинамике струи и теоретических формул, предложенных для определения скорости образования зародышей. Опыты проводились с дибутилфталатом, триэтиленгликолем, октадеканом и серой. [c.113] Камера смешения потоков, использованная этими авторами (рис. 3.13), устроена примерно так же, как и в установке, изображенной на рис. 3.4. Газ-носитель (азот) и газ, обдувающий струю (воздух), фильтруют через два слоя асбестовой фильтровальной бумаги и сушат. После подогрева газов и насыщения азота соответствующим паром газовые потоки смешивают в струе в камере смешения 6 (см. рис. 3.4). Особое внимание уделяется устранению потерь тепла и точности измерения температуры обоих газов. Для этого сопло 1 (см. рис. 3.13) помещают в медную трубу 2, температура стенки которой поддерживается такой же, что и температура газа, а температура медного днища камеры смешения 3 соответствует температуре потока, обдувающего струю. В местах соприкосновения деталей, имеющих разную температуру, предусматривают теплоизоляционные тефлоновые прокладки 5. [c.113] Численную концентрацию тумана (а следовательно, и количество образовавшихся зародышей) определяют по рассеянию света в специальном приборе. Экспериментальные данные о численной концентрации тумана обрабатывают с помощью графических методов, в результате чего для каждого опыта определяют скорость образования зародышей. Затем по уравнению (1.42) рассчитывают значение поверхностного натяжения а, которое сравнивают с табличными данными. [c.113] Дибутилфталат. Триэтиленгликоль Октадекан. . . . Сера. [c.114] Уже установлено, что одной из причин указанного несоответствия, по-видимому, является значительное изменение пересыщения пара в поле струи по осям х и у (см. рис. 3.5 и 3.6), что затрудняет получение надежных расчетных данных о скорости образования зародышей и численной концентрации тумана. [c.114] Образование пересыщенного пара при смешении газов в струе положено в основу метода укрупнения ядер конденсации в приборах КУСТ-2 и КУСТ-4, предназначенных для измерения в газах численной концентрации ядер конденсации Принцип действия прибора состоит в том, что исследуемый газовый поток, содержащий ядра конденсации, смешивается в струе с нагретым воздухом, содержащим пар вещества. Последний далее конденсируется на ядрах конденсации. Величину пересыщения можно регулировать, изменяя соотношение скоростей смешивающихся потоков с таким расчетом, чтобы не происходила гомогенная конденсация. Численная концентрация ядер (выросших в пересыщенном паре за счет конденсации на них пара) измеряется по рассеянию света. [c.114] Испытания прибора КУСТ-2 показали, что радиус укрупненных частиц не зависит от первоначального размера ядер и их численной концентрации, если она меньше см . Чувствительность метода определения концентрации применительно к наиболее тонким ядрам составляет 10 ° г-см . [c.114] Далее газовый поток проходит конденсатор 2, где поддерживают такие же условия, поэтому в нем обеспечивается конденсационный рост капель, а возможность образования новых зародышей исключается. Численная концентрация аэрозоля на выходе из генератора 1 определяется экспериментально, а время пребывания газа т в генераторе, т. е. время, в течение которого происходит образование зародышей, рассчитывают, исходя из объема проходящего газа и размеров генератора. Делением численной концентрации аэрозоля N на время т находят скорость образования зародыщей /. [c.115] На рис. 3.15 показана общая схема установки. Измеренный объем отфильтрованного газа (воздуха или азота) нагревается и насыщается в испарителе 5 паром вещества, скорость гомогенной конденсации которого изучается, а затем смешивается в смесителе 7 с более холодным потоком инертного газа. Условия смешения должны быть таковы, чтобы пар практически полностью конденсировался в объеме с образованием тумана. При этом конденсация пара протекает в первую очередь на взвешенных в газе частицах, служащих центрами конденсации. Полученная аэрозольная система направляется в фильтр 8, в котором вместе с каплями тумана выделяются и центры конденсации, затем чистый и охлажденный инертный газ поступает в деионизатор 9 для выделения ионов. Описанные приемы обеспечивают надежную очистку инертного газа от ядер конденсации. [c.116] Часть очищенного инертного газа (газа-носителя) проходит реометр 10, нагревается и поступает в испаритель 11, где насыщается паром исследуемой жидкости. Образовавшаяся паро-газовая смесь смешивается с холодным газом (газом-охладителем) в верхней части генератора зародышей 1 (внутренний диаметр генератора вн= 10,77 мм, длина =120 мм). [c.116] Из результатов опытов, проведенных с бутилфталатом (рис. 3.16), видно, что характер кривых, отражающих зависимость скорости образования зародышей от пересыщения пара, для всех изученных температур сходный — с увеличением 5 производная (11/(15 уменьшается. Следовательно, с ростом 5 скорость образования зародышей / стремится к некоторой постоянной величине. [c.117] Пунктирные кривые соответствуют теоретическим данным, рассчитанным по уравнению (1.46). Расчетная кривая при 32,9 и 44,6 °С выходит вправо за пределы рисунка. Из рисунка видно, что при исследованных температурах расчетные данные, полученные по теоретическому уравнению (1.46), отличаются от экспериментальных. Однако с увеличением степени пересыщения пара теоретические данные сближаются с экспериментальными. [c.117] Зависимость lgt = f S), полученная для глицерина и триэтиленгликоля, имеет примерно такой же характер, как и для дибутилфталата (рис. 3.17 и рис. 3.18). [c.118] На рис. 3.19 представлены экспериментальные и расчетные данные в координатах lg/ — р. Из рисунка видно, что при малом значении р теоретические данные ниже экспериментальных с повышением температуры кривые пересекаются, а затем расходятся, и теоретические данные становятся выше экспериментальных. [c.118] Кривая, построенная по данным расчета по уравнению (1.48), примерно такова же, что и кривая, построенная по уравнению (1.46), но располагается несколько выше. Таким образом, в некотором интервале значений р теоретические данные, рассчитанные по уравнениям (1.48) и (1.46), приближаются к экспериментальным. Этим объясняется соответствие экспериментальных данных некоторых авторов с теоретическими уравнениями (1.48) или (1.46) или же существенное отличие от них. Определяющее значение имеет давление пара, при котором производится определение I. [c.118] Если представить экспериментальные и теоретические данные в осях координат lg/ — 1, то кривые будут иметь примерно такой же вид, как и на рис. 3.19, поскольку при постоянном пересыщении 5 давление пара р является увеличивающейся функцией температуры [уравнение (1.6)]. [c.118] Вернуться к основной статье