1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Энергетика
  4. № 6, 2023

Известия РАН. Энергетика, 2023, № 6, стр. 61-78

Рост парового пузырька в перегретой жидкости (эффект запирания давления)

Ю. Б. Зудин 1, *, Д. С. Уртенов 1

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение “Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт”
Москва, Россия

* E-mail: yzudin@gmail.com

Поступила в редакцию 23.03.2023
После доработки 22.08.2023
Принята к публикации 25.08.2023

Аннотация

Рассмотрена задача роста парового пузырька в перегретой жидкости. Выполнен расчет числа Стефана в метастабильной области. В рамках энергетической тепловой схемы исследована асимптотика “теплового взрыва”. Показано, что при числах Стефана, больших единицы, имеет место эффект “запирания давления”. Получено аналитическое решение для закона роста пузырька в жидкости, находящейся при температуре энергетической спинодали. Выполнено численное исследование роста пузырька бутана в околоспинодальной области. Проведено сопоставление результатов решения с экспериментальными результатами по вскипанию капли бутана.

Ключевые слова: паровой пузырек, число Стефана, метастабильная область, тепловой взрыв, запирание давления, энергетическая спинодаль, численное исследование

Список литературы

  1. Ghazivini M., Hafez M., Ratanpara A. et al. A review on correlations of bubble growth mechanisms and bubble dynamics parameters in nucleate boiling //  J. Therm Anal Calorim. 2022. V. 147. P. 6035–6071.

  2. Stojanovic A.D., Belosevic S.V., Crnomarkovic N.D., Tomanovic I.D., Milicevic A.R. Nucleate pool boiling heat transfer: Review of models and bubble dynamics parameters. Thermal Science. 2022. V. 26. №1. P. 157–174.

  3. Lee H.S., Merte Jr. H. Spherical vapor bubble growth in uniformly superheated liquid // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1996. V. 39. № 12. P. 2427–2447.

  4. Гиббс Дж.В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука.1982. 584 с.

  5. Вукалович М.П., Новиков И.И. Уравнение состояния реальных газов. М.: Госэнергоиздат. 1948. М.-Л.: Госэнергоиздат. 340 с.

  6. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие. Л.: Химия. 1982.

  7. Новиков И.И. Термодинамика спинодалей и фазовых переходов. М.-Л.: Наука. 2000.

  8. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М.: Наука. 1972.

  9. Dalle Donne M., Ferranti M. P. The growth of vapour bubbles in superheated sodium // Int. J. Heat Mass Transfer. 1975. V. 18. P. 477–493.

  10. Prosperetti A., Plesset M.S. Vapor-bubble growth in a superheated liquid // Journal of Fluid Mechanics. 1978. V. 85. № 2. P. 349–368.

  11. Robinson A. Bubble growth dynamics in boiling. Ph. D. Thesis. McMaster University Hamilton, Ontario, Canada. 2002.

  12. Zanje S, Iyer K.K.R., Murallidharan J.S., Punekar H., Gupta V.K. Development of generalized bubble growth model for cavitation and flash boiling // Physics of Fluids. 2021. V. 33. № 7. Article id.077116077116.

  13. Brennen C.E. Cavitation and Bubble Dynamics. Oxford: Oxford University Press. 1995.

  14. Авдеев А.А. Динамика парового зародыша в перегретой жидкости (закономерности начального периода роста) // ТВТ. 2015. Т. 53. Вып. 4. С. 569–578.

  15. Лабунцов Д.А. Современные представления о механизме пузырькового кипения жидкостей. В кн.: Теплообмен и физическая газодинамика: М.: Изд-во АН СССР. С. 98–115. 1974.

  16. Scriven L.E. On the dynamics of phase growth. Chem. Eng. Sci. 1959. V. 10. № 1/2. P. 1–14.

  17. Зудин Ю.Б., Уртенов Д.С. Предельные и бинарные схемы роста парового пузырька // Известия РАН. Энергетика. 2023. № 5. С. 60–78.

  18. Карташов Э.М. Теплопроводность при переменном относительном коэффициенте теплообмена // Известия РАН. Энергетика. 2015. № 2. С. 138–149.

  19. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. Учебное пособие. 1985. 480 с.

  20. Plesset M.S., Zwick S.A. The growth of vapor bubbles in superheated liquids // J. Appl. Phys. 1954. V. 25. P. 493–500.

  21. Shepherd J.E., Sturtevant B. Rapid evaporation at the superheat limit // J. Fluid Mech. 1982. V. 121. P. 379–402.

  22. Zudin Y.B. Non-equilibrium Evaporation and Condensation Processes: Analytical Solutions. Springer: Heidelberg. 2021 (3nd Edition).

  23. Mikic B.B., Rosenow W.M., Griffith P. On bubble growth rates // Int. J. Heat Mass Transf. 1970. V. 13. P. 657–666.

  24. Авдеев А.А., Зудин Ю.Б. Рост парового пузыря в околоспинодальной области в рамках обобщенной инерционно-тепловой схемы // Теплофизика высоких температур. 2002. Т. 40. С. 971–978.

  25. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. Том 1. Гипергеометрическая функция. Функции Лежандр. М.: Наука. 1973.

  26. Корабельников A.B., Накоряков В.Е., Шрайбер И.Р. Учет неравновесного испарения в задачах динамики парового пузырька // Теплофизика высоких температур. 1981. Т. 19. № 4. С. 797–785

  27. Зудин Ю.Б., Зенин В.В. Эффект “запирания давления” при росте парового пузырька в сильно перегретой жидкости // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 5. С. 1148–1159.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Энергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал