1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплофизика высоких температур
  4. T. 61, № 4, 2023

Теплофизика высоких температур, 2023, T. 61, № 4, стр. 611-618

Взрывное вскипание перегретых газонасыщенных алканов

В. Г. Байдаков 1, *, А. М. Каверин 1, А. С. Панков 1

1 Институт теплофизики, Уральское отделение РАН
Екатеринбург, Россия

* E-mail: baidakov@itpuran.ru

Поступила в редакцию 13.09.2022
После доработки 01.12.2022
Принята к публикации 06.12.2022

Аннотация

Исследована кинетика спонтанного вскипания жидких алканов (метан, этан, пропан), насыщенных одним из следующих газов: гелий, водород, азот, метан. Методом среднего времени жизни определены температурная, барическая и концентрационная зависимости частоты зародышеобразования растворов в интервале (104–108) м–3 с–1. Измерения проведены при давлениях 1–2 МПа и концентрациях летучего компонента до 6 мол. %. Результаты экспериментов сопоставлены с классической теорией зародышеобразования в макроскопическом приближении. В отличие от чистой жидкости и жидкости, насыщенной гелием или водородом, температуры достижимого перегрева растворов, в которых растворенным веществом являются азот или метан, превышают их теоретические значения. Обсуждаются причины такого рассогласования.

Список литературы

  1. Salla J., Demichela M., Casal J. BLEVE: A New Approach to the Superheat Limit Temperature // J. Loss Prev. Process Ind. 2006. V. 19. P. 690.

  2. Pruess K., Narasimhan T.N. On Fluid Reserves and the Production of Superheated Steam from Fractured, Vapor-dominated Geothermal Reservoirs // J. Geophys. Research: Solid Earth. 1982. V. 87. P. 9329.

  3. Sahagian D. Eruptive Shearing of Tube Pumice: Pure and Simple // Nature (London). 1999. V. 402. P. 589.

  4. Rubin M.B., Noyes R.M. Thresholds for Nucleation of Bubbles of Nitrogen in Various Solvents // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. P. 993.

  5. Abbasi T., Abbasi S.A. The Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion (BLEVE): Mechanism, Consequence Assessment Management // J. Hazard. Mat. 2007. V. 141(3). P. 489.

  6. Hemmingsen E.A. Supersaturation of Gases in Water: Absence of Cavitation on Decompression from High Pressure // Science. 1970. V. 167. P. 1493.

  7. Mori Y., Hijikata K., Nagatani T. Effect of Dissolved Gas on Bubble Nucleation // Int. J. Heat Mass Transfer. 1976. V. 19. № 10. P. 1153.

  8. Forest T.W., Ward C.A. Effect of a Dissolved Gas on the Homogeneous Nucleation Pressure of a Liquid // J. Chem. Phys. 1977. V. 66. № 6. P. 2322.

  9. Volmer M. Kinetik der Phasenbildung. Dresden–Leipzig, 1939.

  10. Ward C.A., Balakrishnan A., Hooper F.C. On the Thermodynamics of Nucleation in Weak Gas-liquid Solutions // Trans. ASME. 1970. V. 92. № 4. P. 695.

  11. Несис Е.И., Френкель Я.И. Вскипание газированной жидкости // ЖТФ. 1952. Т. 22. С. 1500.

  12. Дерягин Б.В., Прохоров A.B. К теории вскипания газированной жидкости // Коллоидный журнал. 1982. Т. 44. № 5. С. 847.

  13. Куни Ф.М., Огенко В.М., Ганюк JI.H., Гречко Л.Г. Термодинамика распада пересыщенного газом раствора // Коллоидный журнал. 1993. Т. 55. № 2. С. 22.

  14. Мелихов А.А., Трофимов Ю.В., Куни Ф.М. Теория преодоления активационного барьера при распаде пересыщенного газом раствора // Коллоидный журнал. 1994. Т. 56. № 2. С. 201.

  15. Baidakov V.G. Nucleation in Superheated Gas-saturated Solutions: 1. Boiling-up Kinetics // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. № 8. P. 3955.

  16. Baidakov V.G. Explosive Boiling of Superheated Cryogenic Liquids. Weinheim: Wiley–VCH, 2007. 340 p.

  17. Staufer D. Kinetic Theory of Two-component (“Hetero-molecular”) Nucleation and Condensation // J. Aerosol Sci. 1976. V. 7. № 4. P. 319.

  18. Trinkaus H. Theory of the Nucleation of Multicomponent Precipitates // Phys. Rev. B. 1988. V. 27. № 12. P. 7372.

  19. Зицерман В.Ю., Бережковский А.М. Теория многокомпонентной нуклеации с обходом седловой точки // ЖФХ. 1990. Т. 64. № 7. С. 1795.

  20. Bowers P.G., Hofstetter C., Letter C.R., Toomey R.T. Supersaturation Limit for Homogeneous Nucleation of Oxygen Bubbles in Water at Elevated Pressure: “Super-Henry’s Law” // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. № 23. P. 9632.

  21. Bowers P.G., Bar-Eli K., Noyes R.M. Unstable Supersaturated Solutions of Gas in Liquids and Nucleation Theory // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1996. V. 92. № 16. P. 2843.

  22. Kwak H., Panton R.L. Gas Bubble Formation in Nonequilibrium Water-gas Solutions // J. Chem. Phys. 1983. V. 78. № 9. P. 5795.

  23. Байдаков В.Г., Каверин А.М., Скрипов В.П. Кинетика флуктуационного вскипания перегретого жидкого метана // Коллоидный журнал. 1980. Т. 42. № 2. С. 314.

  24. Байдаков В.Г., Каверин А.М., Сулла И.И. Достижимый перегрев жидкого этана // ТВТ. 1989. Т. 27. № 2. С. 410.

  25. Байдаков В.Г., Каверин А.М., Скрипов В.П. Кинетика флуктуационного вскипания перегретых пропана и изобутана// Журн. физ. хим. 1986. Т. 60. № 2. С. 444.

  26. Зельдович Я.Б. Теория образования новой фазы. Кавитация // ЖЭТФ. 1942. Т. 12. № 11/12. С. 525.

  27. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, 1972. 312 с.

  28. Байдаков В.Г. Спонтанное зародышеобразование в перегретых растворах гелия в метане // Коллоидный журнал. 2019. Т. 81. № 3. С. 281.

  29. Каган Ю.М. О кинетике кипения чистой жидкости // Журн. физ. хим. 1960. Т. 34. № 1. С. 92.

  30. Baidakov V.G., Kaverin A.M., Pankov A.S. Attainable Superheating of Liquid n-butane // Phys. Fluids. 2018. V. 30. P. 047102(5).

  31. Baidakov V.G., Grishina K.A. Capillary Constant and Surface Tension of Methane–Helium Solutions // Fluid Phase Equilib. 2013. V. 354. P. 245.

  32. Baidakov V.G., Kaverin A.M., Grishina K.A., Khotienkova M.N. Surface Tension of Alkanes Saturated with Helium or Hydrogen // Int. Phenomena Heat Transfer. 2018. V. 5. № 2. P. 97.

  33. Baidakov V.G., Kaverin A.M., Khotienkova M.N., Andbaeva V.N. Surface Tension of an Ethane–Nitrogen Solution: 1. Experiment and Thermodynamic Analysis of the Results // Fluid Phase Equilib. 2012. V. 328. P. 13.

  34. Kunz O., Wagner W. The GERG-2008 Wide-range Equation of State for Natural Gases and Other Mixtures: An Expansion of GERG-2004 // J. Chem. Eng. Data. 2012. V. 57. № 11. P. 3032.

  35. Baidakov V.G., Khotienkova M.N. Surface Tension of Methane–Nitrogen Solutions: 2. Description in the Framework of the van der Waals Gradient Theory// Fluid Phase Equilib. 2016. V. 424. P. 402.

  36. Baidakov V.G., Protsenko S.P., Bryukhanov V.M. Relaxation Processes at Liquid–Gas Interfaces in One- and Two-component Lennard–Jones Systems: Molecular Dynamics Simulation // Fluid Phase Equilib. 2019. V. 481. P. 1.

  37. Protsenko S.P., Baidakov V.G., Teterin A.S., Zhdanov E.R. Computer Simulation of Nucleation in a Gas-saturated Liquid // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. № 9. P. 094502(14).

  38. Bryukhanov V.M., Baidakov V.G. Phase Equilibria and Stability Boundaries in a Two-component Lennard–Jones Mixture // Fluid Phase Equilib. 2022. V. 557. P. 113413.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплофизика высоких температур

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал