Зародыш пара в жидкости

Рис. 16.1. Диаграмма, иллюстрирующая переход пара в жидкое состояние (конденсация) через промежуточное состояние микрогетерогенной системы (зародыши жидкости в парообразной фазе)

Одним из основных вопросов, решаемых при расчете кристаллизаторов, является описание кинетики кристаллизации, состоящей из стадий создания пересыщения, -образований зародышей и роста кристаллов. Она также зависит от перекристаллизации осадка, коалесценции и дробления кристаллов в результате столкновения между собой и со стенками аппарата. На кинетику массовой кристаллизации существенно влияют температура, степень пересыщения раствора, перемешивание, наличие примесей, физикохимические свойства раствора, конструкция аппарата и т. д. Детальное описание явлений и факторов, сопровождающих процессы массовой кристаллизации из растворов и газовых смесей, дано в монографии [17]. Важное значение имеет также описание условий равновесия между сосуществующими фазами (твердое вещество—жидкость, твердое вещество—газ (пар)). На основании условий фазового равновесия в первом приближении возможен выбор необходимого растворителя для процессов кристаллизации, а также перекристаллизации. [c.90]

Образование пара на существовавшем ранее зародыше в жидкости соответствует отклонению от неустойчивого равновесного состояния. Для описания этого процесса используется термин гетерогенная нуклеация. [c.364]

Образование зародыша пара в жидкости, находящейся при температуре, большей, или при статическом давлении, меньшем, чем в условиях насыщения, соответствует отклонению от метастабильного равновесного состояния. Для описания этой ситуации используется термин гомогенная нуклеация. [c.364]

С. Гомогенная нуклеация. Образование пара из метастабильной жидкости или неустойчивого состояния равновесия начинают изучать обычно с уравнения, определяющего механическое равновесие сферических зародышей пара (радиусом г ) в жидкости при постоянных температуре Tg и давлении р [c.365]

Е. Рост пузыря. Когда зародыш пара в перегретой жидкости достигнет размера, большего, чем в случае неустойчивого равновесия, он будет спонтанно расти. Скорость роста ограничена на ранних стадиях инерцией ок- [c.367]

Из принятого условия сферичности образующихся зародышей паровой фазы следует, что рост устойчивого зародыша паровой фазы приводит к изменению кривизны поверхности раздела пар-жидкость, а следовательно, и межфазного натяжения, а именно понижению последнего при росте парового пузырька и соответственно повышении радиуса кривизны поверхности. В этих условиях процесс испарения должен быть более интенсивным. [c.111]

При возникновении зародыша новой фазы на имеющейся в системе поверхности раздела необходимо проанализировать условия равновесия такого зародыша со средой. В простейшем случае некристаллических зародышей (пар или жидкость) их форма определяется краевым углом О (рис. IV—6), причем, в соответствии с уравнением Юнга (111-16) [c.126]

Подставляя последнее соотношение в (IV. 16) и учитывая, что Ут Ут, приходим к выражению для работы образования критических зародышей пара внутри растянутых жидкостей [c.150]

Рассмотрим теперь влияние смачивания на фазовый переход жидкость—пар (кипение). Для начала кипения необходим, как правило, более или менее значительный перегрев жидкости выше температуры кипения. Перегрев требуется потому, что при возникновении пузырьков пара образуется новая поверхность раздела фаз пар — жидкость (при гомогенном образовании зародышей), а при гетерогенном образовании зародышей возникает также поверхность раздела фаз твердое тело — пар. Поверхность раздела фаз твердое тело — жидкость при кипении уменьшается. По этой причине влияние смачивания на кипение диаметрально противоположно его влиянию на конденсацию. Именно кипение значительно облегчается при плохом смачивании стенок нагревательного аппарата. Работа образования пузырька критического размера (способного к дальнейшему росту) прямо пропорциональна произведению (1 + os Во) (2 — os Во) [348]. Соответственно при плохом смачивании кипение может начаться при значительно меньшем перегреве, чем при хорошем смачивании. [c.214]

При рассмотрении условий существования равновесного сферического зародыша пара в жидкости (рис. 1, а) с учетом зависимости давления пара от кривизны поверхности раздела жидкость—пар Фольмером [4] получено выражение [c.72]

Перегрев жидкости. Кипение с толчками. Кипятильники. При нагревании жидкости, находящейся в перегонной колбе, на сетке при помощи горелки образование пузырьков пара на нижней поверхности жидкости—в месте ее соприкосновения с нагретым стеклом—облегчается присутствием воздуха, растворенного в жидкости или удерживаемого в виде пленки на стекле, особенно в местах с грубой поверхностью. Если при этом образуются мельчайшие пузырьки воздуха (при атмосферном давлении), то они служат как бы зародышами для больших пузырьков пара. При температуре кипения жидкости (давление пара жидкости равно атмосферному) пар образуется в относительно большем количестве, чем пузырьки воздуха. При нагревании жидкости общее давление пара и воздуха внутри пузырьков быстро перерастает атмосферное, сопротивление столбика жидкости преодолевается и пузырьки поднимаются на поверхность. [c.70]

Рз надо расположить так, чтобы площади, ограниченные линиями Роо, Pi, I и р о, Ра, П, были равны друг другу. Пока разница в молекулярных объемах обеих фаз велика, т. е. пока система остается в некотором отдалении от критической температуры, а сильно отрицательные давления в жидкости исключаются из рассмотрения, справедливо соотношение Роо/Ра 1- Это значит, что давление в зародыше пара приблизительно равно нормальному давлению насыщенного пара нри тон же температуре. Работа образования зародыша, согласно (32), составляет [c.148]

ТЕОРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАРОДЫШЕЙ В ПАРАХ, ЖИДКОСТЯХ И ТВЕРДЫХ СИСТЕМАХ [c.213]

Для того чтобы кристалл мог начать расти из пара, жидкости или из твердой фазы, необходимо, чтобы образовался зародыш кристаллизации (см. 64). Если зародыш уже есть, дальше происходит спонтанное отложение вещества на нем, растут и развиваются отдельные грани, образующие кристаллический многогранник. [c.359]

Процесс образования кристаллических зародышей в принципе близок к процессам образования капель жидкости в переохлажденном паре. Теория спонтанного зародышеобразования в пересыщенном паре была создана в работах [71—80]. Изменение термодинамического потенциала системы в этих теориях при образовании сферического агрегата радиуса а равно [c.277]

Даннинг В. Теория образования кристаллических зародышей в парах, жидкостях и твердых системах. В сб. Химия твердого состояния. ИЛ, 1961. [c.293]

Из сказанного выше следует, что условия образования капель одинаковы и состоят в том, что пары жидкости конденсируются на центрах конденсации, имеющихся в газовой смеси. В первом случае центрами конденсации служат зародыши жидкости, образующиеся в результате гомогенной конденсации пара во втором—центрами конденсации служат ядра конденсации. [c.15]

Роль металлического зародыша в этом случае состоит- лишь в том, что он служит центром кристаллизации или осаждения металла из пересыщенного раствора, образующегося при действии восстановителя на соль металла. Известно, что наличие таких зародышей кристаллизации является причиной разрушения таких метастабильных систем, как переохлажденные пары жидкостей или пересыщенные растворы, и связанных с этим явлений конденсации и кристаллизации. [c.229]

Теория процесса образования зародышей при электрокристаллизации металлов основывается на положениях теории образования новой фазы в системах пар — жидкость, пар — твердое тело, раствор — твердое тело. Согласно этим теориям для образования новой фазы необходимо определенное пересыщение пара или раствора по отношению к равновесным значениям. При электрокристаллизации металлов пересыщение связано с перенапряжением. [c.29]

Поверхность раздела фаз. Процесс возникновения новой фазы, например при конденсации пара, замерзании жидкости или осаждении растворенного вещества из раствора, можно представить следующим образом. Сначала молекулы образуют небольшие скопления (кластеры), насчитывающие от 2 до 100 молекул, которые постепенно растут и превращаются в более или менее крупные капельки или кристаллики. Этот процесс за счет их роста или коалесценции продолжается до тех пор, пока они не становятся видимыми невооруженным глазом. Кластеры, именуемые в зависимости от размеров зародышами или ядрами, являются предшественниками образования новой фазы. [c.191]

Иные условия существования фазы на участках кривой ас и 6, где знак кривизны обратный. Флуктуации плотности приведут здесь к образованию неоднородной системы с более высоким значением f, и образовавшаяся неоднородность ликвидируется с понижением изохорного потенциала. На участках ас и М фаза обладает внутренней устойчивостью. Одновременно она неустойчива по сравнению с сочетанием фаз а и Ь. Стоит в фазе, которой отвечает участок ас, появиться зародышу фазы Ь, или в фазе, соответствующей участку М,— зародышу фазы а, как эти фазы необратимо перейдут в смесь устойчивых фаз а и Ь. Состояние фаз на участках ас (перегретая жидкость) и йЬ (пересыщенный пар) называется метастабильным. [c.369]

Явление пересыщения было установлено (1795) впервые Т. Е. Ловицем, который открыл существование пересыщенных растворов и изучал их. Состояния пересыщенного пара, перегретой или переохлажденной жидкости, пересыщенного раствора и другие подобные им являются метастабильными состояниями ( 83). Возможность существования их связана с затруднениями в возникновении зародышей новой фазы, так как очень малый (в первый момент) размер выделяющихся частичек новой фазы увеличивает изотермические потенциалы вещества и делает эти частички менее устойчивыми. С этим же в большей или меньшей степени связана и сохраняемость метастабильных кристаллических фаз и стеклообразного состояния. [c.360]

Раствор, равновесный с крупными кристаллами данного вещества, является ненасыщенным по отношению к мелким кристаллам вследствие большей их растворимости ( 142). Пар, насыщенный по отношению к плоской поверхности жидкости и крупным каплям ее, не насыщен по отношению к очень мелким каплям тон же жидкости ( 141). То же имеет место и при других фазовых или химических равновесиях ( 140—141). При отсутствии готовых зародышей, для того чтобы возможно было самопроизвольное образование частичек новой фазы, [c.490]

Медаино в 12) разработана модель, которая учитывает смачиваемость поверхности через краевой угол Р и геометрическую форму впадины через угол при ее вершине ф. Согласно модели рассматривается коническая впадина, которая затапливается перемещающимся фронтом жидкости (рис, 5, а). При движении жидкости во впадине граиица раздела принимает форму зародыша пара е радиусом г (рис. 5, б), ( охранение объема пара обусловливает зависимость г от Р и ф (рис. 5, ). Эта модель полезна, поскольку, если размер активных центров на поверхности известен для одной жидкости, можно получить эквивалентную величину г для других жидкостей с различными краевыми углами. [c.367]

Скорость образования кристаллических зародышей из жидкости нри данном переохлаждении (а также скорость образования капель жидкости из пара и т.д.) зависит от присутствия посторонних твердых или растворенных примесей. Эти примеси (пылинки, ионы) служат центрами кристаллизации поэтому в присутствии примесей для появления кристаллических зародышей из жидкости (или из. пара) требуется меньшее переохлаждение. Растворенные поверхностно-активные вещества даже в небольшой концентрации также способствуют появлению кристаллических зародышей при меньшем переохлаждении жидкости. Поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на вновь образованной поверхности зародышей кристаллов, уменьшают поверхностное натяжение на межфазной границе кристалл-жидкость. Согласно уравнению (VIII, 253) снижение поверх- [c.379]

Для понимания процесса кавитации необходимо проанализировать поведение пузыря воздуха, находящегося в акустическом поле с переменным давлением Р — Р sin (оТ, где Р — амплитуда давления (Нолтинг и Непира, 1950, 1951). Существует несколько механизмов, посредством которых в жидкости образуются такие пузыри-зародыши кавитации (Сиротюк, 1963). Вот основные из них а) флуктуации температуры, что дает избыточный пар жидкости б) очень мелкие твердые частицы примесей, нарушающие структуру жидкости в) уже существующие газовые пузыри — примеси растворенных газов г) ионы, возникающие под действием космических лучей или естественной радиации. Когда такой пузырь находится в поле с переменным звуковым давлением, характер явления зависит от отношения частоты вынужденных колебаний со к частоте собственных колебаний пузыря со 01 причем [c.51]

Критическим принято называть то пересыщение, прп котором выделение новой фазы в виде капелек начинается с заметной скоростью. Это определение условно и, очевидно, зависит от чувствительности метода, которым обнаруживаются первые зародыши новой фазы. В классических опытах Фольмера и Флуда [20] по гомогенному образованию новой фазы — конденсации паров жидкости в камере Вильсона — пересыщение в объеме задается определенной степенью быстрого (адиабатического) расширения насы- [c.276]

Возникновение критического зародыша при вскипании растянутой жидкости отвечает условию равенства химических потенциалов в зародыше — паре и в жидкости, т. е., по схеме Скрипова, J "[p"(r )] — И (P ) С учетом соответствующей уравнений состояния жидкости я газа получаем [c.124]

Пытаясь объяснить возможность существования зародышей пара разных размеров, возникающих в одном и том же центре парообразования. Сю ввел понятие теплового пограничного слоя в кипящей жидкости [9], когда его толщина равна радиусу зародыша Эта модель (рис. 1, д), получившая развитие в ряде работ, также не смогла объяснить многих результатов исследова- [c.73]

В термодинамической теории фазовых превращений рассматривается лишь равновесие между исходной и новой фазами при допущении, что последняя фаза достигла полного развития и поверхность раздела между обеими фазами является плоской. При этом под температурой перехода понимают температуру, при которой обе фазы могут оставаться в равновесии друг с другом неограниченно долгое время. Образование и начальное развитие новой фазы с достаточной для ее обнаружения скоростью возможно только при некотором отступлении от условий равновесия. Отступления от условия равновесия могут быть гораздо более существенными, чем необходимо для роста новой образующейся фазы. Фазовый переход пар— жидкость (жидкость— кристалл) возможен только в том случае, когда исходная паровая фаза оказывается в состоянии, исключаемом из рассмотрения в обычной термодинамике как термодинамически неравновесное. Оно может сохраняться в течение более или менее продолжительного времени, поскольку скорость возникновения новой фазы достаточно мала. Подобные состояния называются ме-тастабильными. Возникновение новой фазы в метастабильной паровой фазе происходит в форме зародышей, которые рассматриваются как маленькие капельки. Предположение, что маленькие капельки или комплексы частиц отличаются от макроскопических тел в жидком состоянии только своими размерами, не может считаться правильным [97]. В случае зародышей малых размеров в чрезвычайной степени возрастает роль поверхностной энергии и поверхностного натяжения при оценке общей и свободной энергии образуемой ими системы. Кульер в 1875 г. и Айткен в 1880 г. [98] обнаружили, что для образования облака путем адиабатического расширения влажного воздуха необходимо наличие маленьких частиц ш.ши. Если же воздух пыли не содержит, то образование облака начинается только при очень сильном расширении. [c.825]

Классический анализ проблемы зарождения (образования зародышей новой фазы) принадлежит Фольмеру [41], Беккеру и Дорингу для реакций пар — жидкость и пар — твердое тело [42] и Борелиусу для реакций в твердом теле [43]. Он заключается в том, что свободная энергия системы приближенно рассматривается в одномерном пространстве размеров зародышей новой фазы. Принимается, что каждый зародыш есть включение новой фазы и обладает всеми макроскопическими свойствами последней. В частности, полное изменение свободной энергии при образовании зародыша описывается двумя членами — объемным и поверхностным. Первый из них пропорционален разности удельных свободных энергий новой и старой фазы и объему зародыша, второй член пропорционален коэффициенту поверхностного натяжения [c.80]

С изотропным трехмерным образованием зародышей на поверхности связано также возникновение пара пли расплава из кристалла на его поверхности. Отсутствие паровой фазы в случае испаряющихся кристаллов может быть достигнуто путем помещения их в жидкость с высокой температурой кипения. В результате понижения давления ниже значения, соответствующего нормальной упругости пара кристалла, последний оказывается перегретым относительно паровой фазы. Образование зародыша пара, очевидно, зависит от природы жидкости, в которую кристалл погружен. Соответствующие наблюдения пока отсутствуют. Более интересно возникновение расплава на поверхности кристалла. Как показывают многочисленные опыты, кристаллы, плавящиеся без химических изменений, как правило, не могут быть перегреты. Это обстоятельство можно приписать наличию па поверхности кристалла мест лучше или хуже смачиваемых расплавом. Поэтому при минимальном перегреве расплав растекается, начиная с углов и ребер, как мест с самой слабой связью строительных элементов, в большей или в меньшей степени покрывая крпсталлическую поверхность. Лишь ограничивая нагревание центральными частями наиболее плотных, слабо смачивающихся граней, удается достичь незначительного локального перегрева [74]. [c.104]

Теория образования зародышей пара внутри жидкого вещества представляется значительно более сложной, чем теория образования капелек. Трудности обусловлены не столь простой связью между радиусом г и числом п молекул в пузырьке. Эта связь требует, в частности, особого внимания в случае жидкостей, находящихся при отрицательном давлении. Для однокомпонентной системы указанное соотношение было рассмотрено В. Дёрингом [108], Ес.чп нельзя пренебречь сжимаемостью, как это делается в случае конденсированных фаз, то для получения этой зависимости необходимо знание соответствующего уравнения состояния. Последуем за В, Дёрингом в том смысле, что будем опираться в выводе на уравнение состояния идеального газа, а затем оценим величину проистекающей отсюда ошибки. Если через рп обозначить давление внутри пузырька радиуса г, состоящего из п молекул, то, согласно уравнению состояния газов, [c.147]

При положительных давлениях pi величина п растет с ростом г. При отрицательных давлениях ри однако, величина п проходит через максимум позже мы рассмотрим этот случай особо. Зародышем пара является пузырек такой величины, при которой т. п. внутри него tiji3 = iXi, т. е. равен т. п. жидкой фазы (I). Интересно знать, с какими примерно давлениями приходится здесь иметь дело. Термодинамический потенциал жидкости в основном определяется температурой и мало зависит от давления pi. Если жидкость перегрета, то Pi

давление сосуществования фаз при данной температуре. Рис. 46 наглядно показывает приведенные соотношения. Величина pi представляет собой некоторое давление, сначала находящееся между р и 0 тогда [c.147]

Создание зародыша радиуса г связано с затратой энергии АО,., которую можно оцепить на основе следующих соображений. Как видно из (16.2), образование капли радиуса г требует компенсации свободной энергии (ДОО, затрачиваемой па создание поверхности раздела 5 = 4лг2 между паром и жидкостью [c.330]

Чистые жидкости подобно твердым телам выдерживают очень высокие напряжения растяжения. Однако реальные жидкости разрываются (кавитируют) при напряжениях сжатия (давлениях), близких к давлению паров. Это объясняется тем, что в реальных жидкостях имеются инородные частицы, твердые и газообразные, на поверхности которых образуются слабые для разрыва жидкости участки, служащие зародышами кавитации. Кавитация возникает также в микроскопической несмачиваемой трещине на поверхности рабочего органа гидромашины. [c.144]