FLOW STRUCTURE NEAR AN EVAPORATION SURFACE

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The vapor flow near an interphase surface is studied by solving jointly the kinetic Boltzmann equation and the equations of continuum mechanics in the case of evaporation. It is shown that the flow structure formed in this case represents the totality of several zones, namely, the kinetic nonequilibrium region (Knudsen layer), the uniform flow region, where the velocity, density, and temperature are coordinate-independent, the contact discontinuity, and a region of uniform flow behind a closing shock wave. An approach is proposed, which makes it possible to construct the flow structure in the case of time-dependent evaporation without solving the kinetic Boltzmann equation. The results of the application of this approach are compared with numerical calculations obtained using the joint solution of the kinetic Boltzmann equation and the continuum mechanics equations and also by means of the direct statistical Monte-Carlo simulation.

About the authors

V. Yu Levashov

Moscow State University, Institute of Mechanics

Email: levashovvy@imec.msu.ru
Moscow, Russia

A. P Kryukov

Moscow State University, Institute of Mechanics

Moscow, Russia

A. L Kusov

Moscow State University, Institute of Mechanics

Moscow, Russia

References

  1. Lu. Z., Salamon T.R., Narayanan S., Bagnall K.R., Hanks D. F., Antao Dion. S., Barabadi B., Sircar J., Simon M.E., Wang E. N. Design and Modeling of Membrane-Based Evaporative Cooling Devices for Thermal Management of High Heat Fluxes // IEEE. Trans. Compon. Packaging. Manuf. Technol. 2016. V. 6. № 7. P. 1056—1065. doi: 10.1109/TCPMT.2016.2576998
  2. Amer O., Boukhanouf R., Ibrahim H.G. A Review of Evaporative Cooling Technologies // IJESD. 2015. 6. 111. doi: 10.7763/IJESD.2015.V6.571
  3. Humplik T., Lee J., O’Hern S.C., Fellman B.A., Baig M.A., Hassan S.F., Atieh M.A., Rahman F., Laoui T., Karnik R., Wang E.N. Nanostructured materials for water desalination // Nanotechnology. 2011. 22(29).292001. doi: 10.1088/0957-4484/22/29/292001.
  4. Gimeno L., Nieto R., Drumond A., Duran-Quesada A.M. Ocean Evaporation and Precipitation . In: Meyers, R.A. (eds) Encyclopedia of Sustainability Science and Technology. New York. :Springer, 2012.https://doi.org/10.1007/978-1-4419-0851-3_734
  5. Chiu L., Gao S., Shie C. Oceanic Evaporation: Trends and Variabilities, In book: Remote Sensing — Applications. 2012. doi: 10.5772/36503.
  6. Zhang Yanqun, Wang Jiandong, Gong S., Wu Z. Measuring and modeling of soil evaporation for winter wheat with drip irrigation //TCSAE. 2014. 30. 91-98. doi: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.07.011.
  7. Solovev D., Соловьев А. Актуальные проблемы в исследовании переноса тепла и влаги в приводном слое атмосферы // Процессы в геосредах. 2015. № 4 (4). С. 55-63.
  8. Кнаке О., Странский И.Н. Механизм испарения // УФН. 1959. Т. LXVIII. Вып. 2. С. 261-305.
  9. Stefan J. VersucheUber die verdampfung. Sitzungsber. kais // Akad. Wiss. Wien. Math. 1873. V. 68. P. 385-423.
  10. Stefan J. Ubereinigeprobleme der theorie der warmeleitung // Sitzungber., Wien, Akad. Mat. Natur. 1889. V. 98. P. 473-484.
  11. Крюков А. П., Левашов В. Ю., ЖаховскийВ. В., Анисимов С. И. Тепло и массоперенос на межфазных поверхностях конденсат—пар // УФН. 2021. 191(2). С.113-146. doi: 10.3367/UFNr.2020.04.038749
  12. Stephan S., Schaefer D., Langenbach K., Hasse H. Mass transfer through vapour-liquid interfaces: a molecular dynamics simulation study // Mol. Phys. 2020. V. 119. P. 1-13. doi: 10.1080/00268976.2020.1810798.
  13. Frezzotti A., Barbante P. Simulation of shock induced vapor condensation flows in the Lennard-Jones fluid by microscopic and continuum models. // Phys. Fluids. 2020. 32 (12): 122106. https://doi.org/10.1063/5.0032439
  14. Zhakhovsky Vasily V., Kryukov Alexei P., Levashov Vladimir Yu, Shishkova Irina N., Anisimov Sergey I. Mass and heat transfer between evaporation and condensation surfaces: Atomistic simulation and solution of boltzmann kinetic equation // PNAS. 2019. 116(37). P. 18209-18217. doi: 10.1073/pnas.1714503115
  15. Kobayashi K., Hori K., Kon M., Sasaki K., Watanabe M. Molecular dynamics study on evaporation and reflection of monatomic molecules to construct kinetic boundary condition in vapor-liquid equilibria // Heat and Mass Transfer. 2016. 52. doi: 10.1007/s00231-015-1700-6.
  16. Кусов А. Л., Лунев В. В. О нестационарном разлете разреженного газа при испарении конденсированного материала с его перегретой поверхности // Изв. РАН. МЖГ. 2012. № 4. С. 130-144.
  17. Титарев В.А. Шахов Е.М. Теплоотдача и испарение с плоской поверхности в полупространство при внезапном повышении температуры тела // Изв. РАН. МЖГ. 2002. № 1. С. 141-153.
  18. Kryukov A.P., Levashov V.Yu., Shishkova I.N. Evaporation-Condensation Problem In Vapour-Gas Mixtures // Proc. 25th Int. Symp. on RGD, Novosibirsk, 2007, p.1176-1181.
  19. Попов С.П., Черемисин Ф.Г. Совместное численное решение уравнений Больцмана и Навье-Стокса // Вычислительная динамика разреженного газа. 2000. М.: ВЦ РАН, с. 75—103
  20. Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С. Избранные задачи теории лазерной абляции// УФН. 2002. Т. 172. № 3. С. 301-333.
  21. Муратова Т.М., Лабунцов Д.А. Кинетический анализ процессов испарения и конденсации // ТВТ. 1969. Т. 7. № 5. С. 959-967.
  22. Коган М.Н., Макашев Н.К. О роли слоя Кнудсена в теории гетерогенных реакций и в течениях с реакциями на поверхности// Изв. АН СССР. МЖГ. 1971. №6. С. 3-11.
  23. Анисимов С.И., Рахматулина А.Х. Динамика расширения пара при испарении в вакуум // ЖЭТФ. 1973. Т. 64. Вып. 3. С. 869-876.
  24. Labuntsov D.A., Kryukov A.P. Analysis of intensive evaporation and condensation // Int. J. Heat Mass Transfer. 1979. Vol. 22, P. 989-1002.
  25. Коган М.Н. Динамика разреженного газа, М.: Наука, 1967. 440 с.
  26. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем: Учебное пособие для вузов, М.: Издательство МЭИ, 2000. 374 с.
  27. Bird G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows. Oxford: ClarendonPress, 1994. 458 p.
  28. Кусов А.Л., Лунев В.В. Применение метода прямого статистического моделирования Монте-Карло при решении задачи о нестационарном разлете разреженного газа в случае его испарения с перегретой поверхности материала в вакуум // Космонавтика и ракетостроение, 2010. № 1(58). C. 36—45.
  29. Черный Г.Г. Газовая динамика. М.: Наука, 1988. 424 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences