Двухфазном состоянии

При температуре ниже критической Г<Г„р область левее левой пограничной кривой делится на три зоны: над пограничной кривой жидкости (область Ж) — зона жидкости; над изотермой тройной точки Тт.т (область Т+Ж)—-зона двухфазного состояния жидкость+тверда я фаза; левее пограничной кривой твердого тела (облас'гь Т) — зона твердого тела.

Процесс теплопередачи от стенки корпуса к охлаждающей жидкости носит сложный характер, поскольку внутренняя поверхность корпуса находится в начальный момент времени при температуре выше температуры насыщения, соответствующей падающему давлению теплоносителя. Существует вероятность двухфазного состояния охлаждающей жидкости. В соответствии с этим минимальный коэффициент теплоотдачи, необходимый для перехода к закипанию, может быть определен [27] из выражения (3.31) в форме

Рис. 5.1. Состояния вещества в окрестности критической точки: / — изотерма, не имеющая точки перегиба; 2 — квазиспинодаль; 3 — би-нодаль; 4 — спинодаль; / — зона двухфазного состояния; // — «псевдожидкого» состояния; /// — «псевдогазового» состояния; IV — состояния плотного газа

Если при возрастании теплового потока происходит концентрирование коррозионных агентов, коррозия увеличивается; если концентрируются замедлители коррозии, она уменьшается. С ростом теплового потока практически усиливаются все виды коррозии стали. Исключение составляет лишь кислородная коррозия, протекающая в условиях двухфазного состояния среды вода — пар. В этом случае с ростом теплового потока кислородная коррозия может уменьшаться вследствие деаэрирующего действия пара.

Наиболее просто осуществить цикл Карно в области двухфазного состояния рабочего тела, где изобары совпадают (для: чистого вещества) с изотермами (см. рис. 34 е). Практически: так и поступают при построении холодильных циклов с использованием низкокипящих агентов (фреонов, аммиака, SO2 и т. п.). Как видно из рис. 33 е, осуществление такого цикла (или близкого к нему) возможно при условии, что величина температуры Т0 меньше Ткр, или по крайней мере близка к Ткр. Веществ, отвечающих этому условию, для получения температур ниже 200—180°К не существует. Тем не менее, достижение более низких температур на основе этого цикла (до 50°К) возможно при использовании агентов с различными температурами кипения, в условиях каскадного (ступенчатого) охлаждения. Известен подобный каскадный метод ожижения газов, впервые осуществленный в 1877 г. Р. Пикте, отличающийся высокой экономичностью.

Пример второго («чисто двухфазного») состояния — большинство случаев псевдоожижения высоких слоев газами. Это предельное состояние, естественно, не достигается моментально (сразу над входным газораспределительным устройством в нижней части псевдоожижен-ного слоя или в тонких слоях), но к нему близко состояние верхней части высоких псевдоожиженных слоев. В опытах Баумгартена и Пигфорда [Л. 1099] непосредственно «ад входным газораспределительным устройством псевдоожиженный слой был сравнительно однороден, а на значительной высоте наблюдалась сильная неоднородность и «плотная фаза» достигала концентрации, соответствующей минимальному псевдоожижению. Дотсон [Л. 970] также отмечает повышенную неоднород-

В соответствии с исследованиями Д. К- Чернова [67], продолжительность перехода сплавов через двухфазное жидко-твердое состояние при затвердевании определяет основные технологические и эксплуатацион-Неметаплические ные свойства отливок. Влияние включения зоны двухфазного состояния на

зования мелкокристаллического слоя отливки размер двухфазной зоны металла стремится к нулю. Для тонкостенного литья главным фактором, влияющим на уменьшение зоны двухфазного состояния металла, являются кристаллохимические свойства покрытий. Скорость кристаллизации отливок из стали в формах с различной теплоаккумуляционной способностью по данным различных исследователей приведена в табл. 12.

Как отмечалось выше, эффективность питания в период затвердевания зависит главным образом от ширины зоны двухфазного состояния, т. е. от интервала затвердевания, температуры заливки и распределения температур в жидкой сердцевине отливки. Необходимый поток жидкого металла вблизи фронта кристаллизации для увеличения мелкокристаллической зоны отливки можно обеспечить, создав некоторый температурный перепад между низом и верхом, периферийной и осевой частями отливки. Эти положения подтверждаются практикой заливки форм с последующим поворотом на 10—90° при производстве ответственного фасонного стального литья.

Когда рабочее тело находится в области двухфазного состояния, значение и1 может быть меньше значения vlt и тогда т < 1 (переохлажденный пар).

Ступени, работающие в области двухфазного состояния, характеризуются дополнительными потерями энергии, обусловленными: разгоном и переносом влаги через ступень; ударным (тормозящим) воздействием частиц жидкости, попадающих на рабочие лопатки; сепарацией жидкой пленки; увеличением концевых потерь кинетической энергии; переохлаждением пара и т. д. Для предварительных расчетов можно прибегнуть к оценке

Точка /соответствует началу кристаллизации, точка 2-концу. Между точками 1 и 2 (т. е. между линиями ликвидус i солидус) сплав находится в двухфазном состоянии. При двух компонентах и двух фазах 'система моновариа'нтна (с=/г—/-Н = = 2—2+1 = 1), т. е. если изменяется температура, то изменяется и концентрация компонентов в фазах; каждой температуре соответствуют строго определенные составы фаз. Концентрация и количество фаз у сплава, лежащего между линиями солидус и

Горячие трещины образуются в период кристаллизации сварного шва, когда металл находится в двухфазном твердо-жидком состоянии. В этом состоянии металл имеет очень малые прочность и пластичность. В результате развитии внутренних сварочных деформаций растяжения возможно разрушение по незатвердевшим жидким прослойкам между кристаллитами. Как правило, горячие трещины образуются вдоль оси сварных швов в зоне стыка столбчатых кристаллитов, где завершается кристаллизация шва (рис. 5.49, а). Склонность к горячим трещинам повышается при наличии в металле шва вредных примесей, которые обладают повышенной способностью к ликвации и образованию легкоплавких соединений. Последнее равносильно увеличению интервала кристаллизации, т. е. времени пребывания металла в двухфазном состоянии.

Кристаллизация проходит следующим образом (рис. 4.4). Точка / соответствует началу кристаллизации, точка 2 — концу. Между точками / (ликвидус) и 2 (солидус) сплав находится в двухфазном состоянии. При двух компонентах и двух фазах система одновариантна (c=k—/+1=2—2+1 = 1), т. е. если изменяется температура, то изменяется и концентрация компонентов в фазах, а каждой температуре соответствуют определенные составы фаз. Концентрацию и количество фаз у сплава, находящегося между линиями солидуса и ликвидуса, определяют по правилу отрезков. Так, сплав с концентрацией k (см. рис. 4.3) в точке а состоит из жидкой и твердой фаз. Состав жидкой фазы характеризуется проекцией точки b (линия ликвидус), а состав твердой фазы — проекцией точки с (линия солидус). Количе-

Правило отрезков (правило рычага) может быть использовано только для тех областей диаграммы, в которых сплавы находятся в двухфазном состоянии Оно позволяет определить количество обеих фаз и их концентрацию

На рис. 0.3 на Т, s-диаграмме показаны возможные агрегатные состояния индивидуального вещества. Между правой и левой пограничными кривыми выше температуры тройной точки Т>ТТ.~ (область Ж + + П вещество может существовать только в двухфазном состоянии (в виде парожид-

Из определения указанных выше кривых следует, что нижняя пограничная кривая отделяет на диаграмме v—р область жидкого состояния воды от области, где вода находится в двухфазном состоянии (в виде ^влажного пара); между двумя кривыми заключена область, в которой рабочее тело находится в виде влажного пара; наконец, кривая сухого насыщенного пара отделяет область влажного пара от области перегретого .пара.

В большинстве случаев конструкционные углеродистые и низколегированные марки стали обладают как в литом, так и в деформированном состояниях достаточно большой технологической пластичностью в широком интервале температур. Окончание ковки многих из них может производиться в двухфазном состоянии, пластичность стали в котором также бывает до определенного предела (вполне конкретного для каждой марки стали) достаточной. В связи с этим установление оптимального температурного интервала деформирования таких марок стали представляет большой интерес с точки зрения его влияния на качество, структуру, механические и служебные свойства готового изделия после полного цикла его обработки (нагрев— деформирование — термическая обработка, включая режимы остывания).

Более сложным для моделирования оказывается процесс теплообмена в корпусе реактора при срабатывании системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ). Этот процесс подробно описан выше в §3 гл. 3, носит сложный характер, поскольку внутренняя поверхность корпуса находится в начальный момент времени при температуре выше температуры насыщения, соответствующей падающему давлению теплоносителя, и охлаждающая жидкость (раствор борной кислоты) может находиться в двухфазном состоянии. А это в значительной мере затрудняет надлежащий выбор коэффициента теплообмена между корпусом реактора и закипающей жидкостью. Для исследования процесса теплообмена использовались следующие значения коэффициента теплообмена, соответствующие 176

В процессе проектирования с учетом сейсмостойкости оборудования АЭС из-за высоких требований, предъявляемых к их надежности и безопасной эксплуатации, необходимо учитывать различные комбинации одновременно действующих на оборудование сейсмических и эксплуатационных, включая аварийные, воздействий (см. § 3, гл. 3). При этом, помимо кинематического возбуждения, заданного в виде акселерограмм и/(г), учитываются и действующие на оборудование динамические эксплуатационные нагрузки, обусловленные тепловыми и гидравлическими ударами в контуре, вибрацией вследствие взаимодействия с потоком теплоносителя. Эти нагрузки могут быть представлены в виде функций F (t) - изменения во времени давления, скоростного напора, теплового воздействия и реакции опор. Вибрации в контуре могут вызвать и пульсации плотности потока теплоносителя в двухфазном состоянии.

Отливаемый металл, находящийся внутри кристаллизатора, представляет собой физико-химическую структуру, обладающую сложными реологическими свойствами: часть металла находится в жидком состоянии, часть - в различных фазах кристаллизации, для воспроизведения основных свойств металла, находящегося в кристаллизаторе в сложном двухфазном состоянии Т—Ж, раз-раоотана вязко-упругопластическая инерционная модель, параметры которой определяются путем идентификации характеристик движения и деформации модели с натурой. На рис. 1 приведено сечение кристаллизатора, параллельное плоскости XOY. Не показанное сечение кристаллизатора, параллельное плоскости YOZ аналогично сечению, изображенному на рис. 1. Все возможные движения и деформации модели в вибрирующем кристаллизаторе описываются нелинейной системой дифференциальных уравнений Для удобства и облегчения составления дифференциальных уравнении на рис. 1 приведены две системы координат: X'Y' и X"Y"

Непрерывностьгазообразных и жидких состояний. Можно представить и осуществить процесс ВА, идущий вне пограничной кривой (пунктир ВА на рис. 16). При этом переходе система будет претерпевать все время непрерывные изменения, и таким образом, из газообразного состояния можно перейти в жидкое состояние, минуя область под пограничной кривой, где вещество находится в двухфазном состоянии. В этом смысл непрерывности газообразных и жидких