CAVITATION IN LIQUID METHANE WITH SMALL HELIUM ADDITIVES

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Cavitation in a viscous gas-saturated liquid has been considered taking into account the diffusive supply of a volatile component to a bubble within the framework of the classical nucleation theory (CNT). An expression has been obtained for the steady-state flux of new phase nuclei. The method of simultaneous pulse stretching and heating has been employed to determine the limiting stretchings of pure methane and methane–helium solutions with helium contents of up to 0.2 mol %. The data obtained on nucleation rate of (1020–1022) m–3 s–1, have been compared with the results of calculations by the CNT. The peculiarities of new phase nucleation in weak solutions and the reasons for the discrepancy between the theoretical and experimental data have been discussed.

About the authors

V. G. BAIDAKOV

Institute of Thermal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia

Email: svetlana@itpuran.ru
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 107а

V. E. VINOGRADOV

Institute of Thermal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia

Author for correspondence.
Email: svetlana@itpuran.ru
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 107а

References

  1. Volmer M. Kinetik der Phasenbildung. Dresden-Leipzig: Steinkopf, 1939.
  2. Зельдович Я.Б. К теории образования новой фазы. Кавитация // Журнал эксперим. и теорет. физики. 1942. Т. 12. С. 525–538.
  3. Дерягин Б.В. Общая теория образования новой фазы. Статистическая кавитация в нелетучей жидкости // Журнал эксперим. и теорет. физики. 1974. Т. 65. № 6. С. 2261–2266.
  4. Дерягин Б.В., Прохоров А.В., Туницкий Н.Н. Статистическая термодинамика образования новой фазы. II. Теория вскипания летучих жидкостей // Журнал эксперим. и теорет. физики. 1977. Т. 73. С. 1831–1848.
  5. Куни Ф.М., Огенко В.М., Ганюк Л.М., Гречко Л.Г. Термодинамика распада пересыщенного газом раствора // Коллоид. журн. 1993. Т. 55. С. 22–27.
  6. Куни Ф.М., Огенко В.М., Ганюк Л.М., Гречко Л.Г. Кинетическое уравнение распада пересыщенного газом раствора // Коллоид. журн. 1993. Т. 55. С. 28–33.
  7. Baidakov V.G. Nucleation in superheated gas-saturated solutions. I. Boiling-up kinetics // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. P. 3955–3960.
  8. Baidakov V.G. Explosive boiling of superheated cryogenic liquids. Weinheim: Wiley, 2007.
  9. Shi G., Seinfeld J.N. Kinetics of binary nucleation: multiple pathways and the approach to stationarity // J. Chem. Phys. 1990. V. 93. P. 9033–9041.
  10. Байдаков В.Г. Спонтанное зародышеобразование в перегретых растворах гелия в метане // Коллоид. журн. 2019. Т. 81. С. 281–288.
  11. Каган Ю.М. О кинетике кипения чистой жидкости // Журнал физической химии. 1960. Т. 34. № 1. С. 92–101.
  12. Langer J.S. Statistical theory of the decay of metastable states // Ann Phys. (Leipzig). 1969. V. 54. P. 258–275.
  13. Plesset M.S., Zwick S.A. The growth of vapor bubbles in superheated liquids // J. Appl. Phys. 1954. V. 25. P. 493–500.
  14. Лифшиц Е.М., Питаевский А.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979. 538 с.
  15. Vinogradov V.E., Pavlov P.A., Baidakov V.G. Cavitation strength of an argon–helium solution // J. Chem. Phys. 2008. V. 128. P. 234508.
  16. Байдаков В.Г., Виноградов В.Е., Павлов П.А. Гомогенное зародышеобразование в жидком азоте при отрицательных давлениях // Журнал экспер. и теор. физики. 2016. Т. 150. № 4. С. 728–737.
  17. Sinor J.E., Schindler D., Kurata F. Vapor-liquid phase behavior of the helium-methane system // AIChE Journal. 1966. V. 12. P. 353–357.
  18. Heck C.K., Hiza M.J. Liquid-vapor equilibrium in the system helium-methane // AIChE Journal. 1967. V. 13. P. 593–599.
  19. Козлов А.Д., Мамонов Ю.В., Роговин М.Д. и др. Метан жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 91–700 К и давлениях 0.1–100 МПа. Таблицы стандартных справочных данных, ГСССД 195-01. М.: Стандартинформ, 2008.
  20. Сычев В.В., Вассерман А.А., Козлов А.Д., Спиридонов Г.А., Цымарный В.А. Термодинамические свойства гелия. М.: Из-во стандартов, 1984.
  21. Байдаков В.Г. Межфазная граница простых классических и квантовых жидкостей. Екатеринбург: УИФ Наука, 1994.
  22. Baidakov V.G., Grishina K.A. Capillary constant and surface tension of methane–helium solutions // Fluid Phase Equilib. 2013. V. 354. P. 245–249.
  23. Collins F.S. Time lag in spontaneous nucleation due to non-steady state effects // Z. Elektrochem. 1955. Bd. 59. S. 404–407.
  24. Frisch H.L. Time lag in nucleation // J. Chem. Phys. 1957. V. 27. P. 90–94.
  25. Baidakov V.G., Boltachev G.Sh. Curvature dependence of the surface tension of liquid and vapor nuclei // Phys. Rev. E. 1999. V. 59. P. 469–475.
  26. Байдаков В.Г. Поверхностное натяжение кавитационных полостей по данным компьютерного моделирования зародышеобразования в растянутой жидкости // Коллоид. журн. 2015. Т. 77. С. 127–133.
  27. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, 1972.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (113KB)
Indexing metadata
3.

Download (69KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 В.Г. Байдаков, В.Е. Виноградов