Объемная конденсация пара при интенсивном испарении с межфазной поверхности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен итерационный подход к анализу взаимодействия процессов интенсивного испарения и объемной конденсации вблизи поверхности испарения. В рамках этого подхода результаты численного решения кинетического уравнения Больцмана для интенсивного испарения с межфазной поверхности использованы при расчете кинетики процесса объемной конденсации вблизи поверхности испарения. Показано, что за время существования пересыщенного состояния, предсказываемого на основе решения без учета конденсации, конденсационный аэрозоль успевает сформироваться. Согласно полученным результатам, образование капель вблизи поверхности испарения и тепловое воздействие конденсации на параметры пара необходимо учитывать при анализе интенсивного испарения с межфазной поверхности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. М. Корценштейн

Объединенный институт высоких температур РАН; Научно-исследовательский институт механики Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова

Email: akyastrebov@yandex.ru
Россия, Ижорская ул., 13, стр. 2, Москва, 125412; Мичуринский пр., 1, Москва, 119192

Л. В. Петров

Научно-исследовательский институт механики Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова; Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: akyastrebov@yandex.ru
Россия, Мичуринский пр., 1, Москва, 119192; пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123182

А. В. Рудов

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Email: akyastrebov@yandex.ru
Россия, Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250

А. К. Ястребов

Научно-исследовательский институт механики Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова; Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Автор, ответственный за переписку.
Email: akyastrebov@yandex.ru
Россия, Мичуринский пр., 1, Москва, 119192; Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250

Список литературы

  1. Labuntsov D.A., Kryukov A.P. Analysis of intensive evaporation and condensation // Int. J. Heat Mass Transf. 1979. V. 22. P. 989–1002. https://doi.org/10.1016/0017-9310(79)90172-8
  2. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука. 1970.
  3. Fang G., Ward C. A. Temperature measured close to the interface of an evaporating liquid // Phys. Rev. E. 1999. V. 59. P. 417–428. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.59.417
  4. Badam V.K., Kumar V., Durst F., Danov K. Experimental and theoretical investigations on interfacial temperature jumps during evaporation // Exp. Therm. Fluid Sci. 2007. V. 32. P. 276–292. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2007.04.006
  5. Fei Duan, Ward C.A., Badam V.K., Durst F. Role of molecular phonons and interfacial-temperature discontinuities in water evaporation // Phys. Rev. E. 2008. V. 78. P. 04130. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.78.041130
  6. Sone Y., Ohwada T., Aoki K. Evaporation and condensation on a plane condensed phase: Numerical analysis of the linearized Boltzmann equation for hard-sphere molecules // Phys. Fluids. 1989. V. 1. P. 1398–1405. https://doi.org/10.1063/1.857316
  7. Rokoni A., Sun Y. Probing the temperature profile across a liquid–vapor interface upon phase change // J. Chem. Phys. 2020. V. 153. P.144706. https://doi.org/10.1063/5.0024722
  8. Chen G. On paradoxical phenomena during evaporation and condensation between two parallel plates // J. Chem. Phys. 2023. V. 159. P. 151101. https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.02661
  9. Chen G. Interfacial cooling and heating, temperature discontinuity and inversion in evaporation and condensation // Int. J. Heat Mass Transf. 2024. V. 218. P. 124762. https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.16043
  10. Аристов В.В., Черемисин Ф.Г. Прямое численное решение кинетического уравнения Больцмана. М.: Вычислительный центр РАН. 1992.
  11. Левашов В. Ю., Крюков А. П., Шишкова И. Н. Влияние гомогенной нуклеации на интенсивность процессов испарения/конденсации // Коллоидный журнал. 2024. Т. 86. № 2. С. 218–226.
  12. Коган М.Н. Динамика разреженного газа. М.: Наука. 1967.
  13. Черемисин Ф.Г. Консервативный метод вычисления интеграла столкновений Больцмана // Доклады Академии наук. 1997. Т. 357. № 1. С. 53–56.
  14. Ястребов А.К. Об использовании неравновесных граничных условий для исследования конденсации при внезапном контакте холодной жидкости и насыщенного пара // Известия Академии наук. Энергетика. 2010. № 6. С. 21–29.
  15. Jianhua Huang. A simple accurate formula for calculating saturation vapor pressure of water and ice // J. Appl. Meteorol. Climatol. 2018. V. 57. P. 1265–1272. https://doi.org/10.1175/JAMC-D-17-0334.1
  16. NIST Chemistry WebBook, SRD 69. Argon. https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7440371&Mask=4#Thermo-Phase
  17. NIST Chemistry WebBook, SRD 69. Nitrogen. https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7727379&Mask=4#Thermo-Phase
  18. Kortsenshteyn N.M., Gerasimov G.Ya., Petrov L.V., Shmel’kov Yu.B. A software package for simulating physicochemical processes and properties of working fluids // Therm. Eng. 2020. V. 67. P. 591–603. https://doi.org/10.1134/S0040601520090049
  19. Стернин Л.Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. М.: Машиностроение. 1974.
  20. Kashchiev D. Nucleation. Basic theory with applications. Oxford: Butterworth-Heinemann. 2000.
  21. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М.: МЭИ. 1999.
  22. Fuchs N.A. Evaporation and droplet growth in gaseous media. New York: Pergamon Press. 1959.
  23. Kortsenshteyn N.M., Yastrebov A.K. Interphase heat transfer during bulk condensation in the flow of vapor – gas mixture // Int. J. Heat Mass Transf. 2012. V. 55. P. 1133–1140. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.09.059
  24. Kortsenshteyn N.M., Samuilov E.V., Yastrebov A.K. About use of a method of direct numerical solution for simulation of bulk condensation of supersaturated vapor // Int. J. Heat Mass Transf. 2009. V. 52. P. 548–556. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.06.033
  25. Корценштейн Н.М., Самуйлов Е.В., Ястребов А.К. О влиянии зависимости давления насыщенного пара от размера капель на динамику процесса конденсационной релаксации пересыщенного пара // Доклады Академии наук, 2007. Т. 415. № 4. С. 469–474.
  26. Zhakhovsky V.V., Kryukov A.P., Levashov V.Yu., Shishkova I.N., Anisimov S.I. Mass and heat transfer between evaporation and condensation surfaces: Atomistic simulation and solution of Boltzmann kinetic equation // Proc. Natl. Acad. Sci. 2019. V. 116. P. 18209–18217. https://doi.org/10.1073/pnas.1714503115
  27. Kortsenshteyn N.M., Levashov V.Y, Yastrebov A.K., Petrov L.V. Numerical simulation of homogeneous-heterogeneous condensation and interphase heat transfer in a dusty vapour-gas flow: Controlling the homogeneous condensation process // Int. J. Therm. Sci. 2024. V. 200. P. 108966. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2024.108966
  28. Pathak H., Wölk J., Strey R., Wyslouzil B. Co-condensation of nonane and D2O in a supersonic nozzle // J. Chem. Phys. 2014. V. 140. P. 034304. https://doi.org/10.1063/1.4861052
  29. Крюков А.П., Левашов В.Ю., Шишкова И.Н. Исследование течений газопылевой смеси методами молекулярно-кинетической теории // Инженерно-физический журнал. 2002. Т. 75. № 4.
  30. Корценштейн Н.М., Петров Л.В., Рудов А.В., Ястребов А.К. Численное моделирование объемной конденсации пара вблизи межфазной поверхности при интенсивном испарении // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т. 24. № 5. С. 84–95.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема задачи об интенсивном испарении.

Скачать (63KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости давления и температуры от координаты в различные моменты времени.

Скачать (171KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость максимальной степени пересыщения и отношения давлений насыщения при температурах поверхностей от отношения температур поверхностей.

Скачать (104KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости давления и степени пересыщения от координаты в различные моменты времени для воды при начальной температуре 273.15 К, Тhot/ Тcold = 1.1 (сплошные линии – неравномерная сетка, штриховые линии – равномерная сетка).

Скачать (191KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости температуры и степени пересыщения от времени при x* = 5 для воды при различных значениях начальной температуры и Тhot/ Тcold = 1.1.

Скачать (217KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Степень пересыщения водяного пара вблизи межфазной поверхности при интенсивном испарении. Пунктирные линии – решение КУБ без учета объемной конденсации, сплошные линии – с учетом. Черные линии – Тcold =273.15 К, синие линии – Тcold =293.15 К, красные линии – Тcold =313.15 К.

Скачать (100KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Параметры конденсационного аэрозоля, образующегося вблизи межфазной поверхности при интенсивном испарении. Сплошные линии – массовая доля капель, штриховые линии – счетная концентрация капель. Цвета линий соответствуют подписи к рис. 6.

Скачать (113KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изменение температуры водяного пара вблизи межфазной поверхности при интенсивном испарении. Пунктирные линии – решение КУБ без учета объемной конденсации, сплошные линии – с учетом. Цвета линий соответствуют подписи к рис. 6.

Скачать (100KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Влияние величины TG на изменение степени пересыщения при объемной конденсации водяного пара вблизи межфазной поверхности (х* = 5) при интенсивном испарении. Тcold =293.15 K.

Скачать (92KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Влияние величины TG на изменение параметров конденсационного аэрозоля, образующегося вблизи межфазной поверхности при интенсивном испарении водяного пара. Тcold =293.15 K.

Скачать (89KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Влияние величины TG на изменение температуры при объемной конденсации водяного пара вблизи межфазной поверхности (х* = 5) при интенсивном испарении. Тcold =293.15 K.

Скачать (107KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024